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KR20170005203A - Method for distinguishing pluripotent stem cells using double transgenic mice with dual fluorescent reporter system - Google Patents

Method for distinguishing pluripotent stem cells using double transgenic mice with dual fluorescent reporter system Download PDF

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KR20170005203A
KR20170005203A KR1020150093925A KR20150093925A KR20170005203A KR 20170005203 A KR20170005203 A KR 20170005203A KR 1020150093925 A KR1020150093925 A KR 1020150093925A KR 20150093925 A KR20150093925 A KR 20150093925A KR 20170005203 A KR20170005203 A KR 20170005203A
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Abstract

본 발명은 이중형광마커 형질전환 마우스를 이용한 만능줄기세포 구별방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 O4-DE-GFP 마우스와 O4-PE-RFP 마우스를 교배하여 이중 형광마커 형질전환 마우스를 제조하는 방법 및 상기 제조방법에 의해 제조된 이중 형광마커 형질전환 마우스를 제공한다. 또한, 본 발명은 상기 이중형광마커 형질전환 마우스를 이용하여 만능줄기세포를 구별하는 방법을 제공한다. 본 발명에서 개발된 이중 형광마커 마우스는 기존 Oct4-GFP 마우스보다 더 다양한 세포를 구분할 수 있다. 즉, GFP+, GFP+RFP+, RFP+ 3 가지의 만능줄기세포를 구별하고, 완전만능성 및 준만능성에 필요한 배양조건 및 인자를 개발하는데 이용될 수 있다. The present invention relates to a method for distinguishing pluripotent stem cell transgenic mice using a double fluorescent marker transgenic mouse. More particularly, the present invention relates to a method for producing a double fluorescent marker transgenic mouse by crossing an O4-DE-GFP mouse and an O4- And a double fluorescent marker transgenic mouse produced by the above production method. The present invention also provides a method for distinguishing pluripotent stem cells using the double fluorescent marker transgenic mouse. The double fluorescent marker mice developed in the present invention can differentiate cells from the existing Oct4-GFP mice. In other words, it can be used to differentiate GFP + , GFP + RFP + , and RFP + 3 pluripotent stem cells, and to develop culture conditions and factors necessary for complete and semi-pluripotency.

Description

이중형광마커 형질전환 마우스를 이용한 만능줄기세포 구별방법{Method for distinguishing pluripotent stem cells using double transgenic mice with dual fluorescent reporter system}[0001] The present invention relates to a method for differentiating pluripotent stem cells using double fluorescent marker transgenic mice with dual fluorescent reporter system,

본 발명은 이중형광마커 형질전환 마우스를 이용한 만능줄기세포 구별방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for discriminating pluripotent stem cells using a double fluorescent marker transgenic mouse.

만능줄기세포(pluripotent stem cells; PSCs)는 무한대로 자가재생이 가능하고, 모든 체세포 및 생식세포로 분화할 수 있는 능력이 있다. PSCs는 배반포(blastocyst)의 내세포집단(inner cell mass; ICM) 또는 착상된 낭배외피세포(epiblast cells)에서 유래될 수 있다. 시험관 내(in vitro)에서 ICM 및 낭배외피세포(epiblast cells)가 줄기세포 유지 배지에 배양되면, 이들은 PSCs로 성장할 수 있다. 흥미롭게도, 배반포의 ICM은 "완전(naive)" 만능 배아줄기세포(embryonic stem cells; ESCs)를 형성하고, 낭배외피세포(epiblast cells)는 "준(primed)" 만능 낭배외피줄기세포(epiblast stem cells; EpiSCs)를 형성한다. 세포 내(in vivo)에서 준만능줄기세포(Primed PSCs)는 제한적인 분화능을 갖는데, 이들은 배반포 주입 분석에 의한 키메라 형성에 거의 기여하지 않는다. 준만능줄기세포는 기본 섬유아세포 성장 인자(basic fibroblast growth factor; bFGF) 및 Activin/Nodal 신호전달경로를 통하여 줄기세포능을 유지하지만, STAT3 및 BMP4 경로를 통하지는 않는다. 상기 2종류의 PSCs는 다른 분자 특성을 나타내지만, 여전히 많은 중요한 마커들을 공유한다. 상기 세포들에서 흔히 발현하는 유전자 중의 하나가 Oct4인데, 이는 PSC 및 생식세포 마커이다. PSCs의 유지뿐만 아니라, Oct4는 분화된 세포를 PSCs로 변환시킬 수 있는데, 이를 일컬어 유도만능줄기세포(induced PSCs; iPSCs)라고 한다. Oct4 유전자는 3가지의 다른 시스-조절 인자(cis-regulatory elements)인 인접 프로모터(the proximal promoter; PP), 원위 인헨서(the distal enhancer; DE) 및 근위 인헨서(the proximal enhancer; PE)를 가지고 있다. 상기 각각의 시스-조절 인자(cis-regulatory elements)는 세포 타입에 따라 Oct4 발현을 조절하는데, DE는 완전만능세포의 Oct4 발현을 조절하고, PE는 준만능줄기세포에서의 Oct4 발현을 조절한다고 알려져 있다.Pluripotent stem cells (PSCs) are able to regenerate infinitely and have the ability to differentiate into all somatic and germ cells. PSCs can be derived from the inner cell mass (ICM) of the blastocyst or from the implanted epiblast cells. In vitro ( in In vitro , when ICM and epiblast cells are cultured in stem cell maintenance medium, they can grow into PSCs. Interestingly, the ICMs of blastocysts form "naive" embryonic stem cells (ESCs) and epiblast cells form "primed" epiblast stem cells cells; EpiSCs). In the cell ( in In vivo , semi-pluripotent stem cells (PSCs) have limited ability to differentiate, and they contribute little to chimeric formation by blastocyst injection analysis. Semi-pluripotent stem cells maintain stem cell function through basic fibroblast growth factor (bFGF) and Activin / Nodal signaling pathways, but not the STAT3 and BMP4 pathways. The two kinds of PSCs exhibit different molecular characteristics, but still share many important markers. One of the genes frequently expressed in these cells is Oct4 , which is a PSC and a reproductive cell marker. In addition to maintaining PSCs, Oct4 can convert differentiated cells to PSCs, also known as induced PSCs (iPSCs). The Oct4 gene contains three different cis-regulatory elements, the proximal promoter (PP), the distal enhancer (DE) and the proximal enhancer (PE) Have. The respective cis-regulatory elements (cis-regulatory elements) is in the regulation of Oct4 expression depending on the cell type, DE adjusts the Oct4 expression of a complete all-round cells, PE is known to control the Oct4 expression in a semi-round stem cells have.

한국공개특허 10-2012-0034184(2012.04.10 공개)Korean Patent Laid-Open No. 10-2012-0034184 (published Apr. 10, 2012)

본 발명의 목적은 O4-DE-GFP 마우스와 O4-PE-RFP 마우스를 교배하여 이중 형광마커 형질전환 마우스를 제조하고, 상기 이중형광마커 형질전환 마우스를 이용하여 만능줄기세포(완전만능줄기세포와 준만능줄기세포)를 구별하는 방법을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a method for producing a dual fluorescent marker transgenic mouse by crossing an O4-DE-GFP mouse and an O4-PE-RFP mouse to produce a double fluorescent marker transfected mouse, Pluripotent stem cells).

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 O4-DE-GFP 마우스와 O4-PE-RFP 마우스를 교배하여 이중 형광마커 형질전환 마우스를 제조하는 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing a double fluorescent marker transgenic mouse by crossing an O4-DE-GFP mouse and an O4-PE-RFP mouse.

또한 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 이중 형광마커 형질전환 마우스를 제공한다.The present invention also provides a double fluorescent marker transgenic mouse produced by the above method.

또한, 본 발명은 상기 이중형광마커 형질전환 마우스를 이용하여 만능줄기세포를 구별하는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for distinguishing pluripotent stem cells using the double fluorescent marker transgenic mouse.

본 발명은 이중형광마커 형질전환 마우스를 이용한 만능줄기세포 구별방법에 관한 것으로, 본 발명에서 개발된 이중 형광마커 마우스는 기존 Oct4-GFP 마우스를 이용한 것보다 더 다양한 세포를 구분할 수 있다. 즉, GFP+, GFP+RFP+, RFP+ 3 가지의 만능줄기세포를 구별함으로써, 완전만능줄기세포와 준만능줄기세포를 구별하여완전만능성 및 준만능성에 필요한 배양조건 및 인자를 개발하는데 이용될 수 있다. The present invention relates to a method for distinguishing pluripotent stem cell transgenic mice from pluripotent stem cell transgenic mice. The double fluorescent marker mouse developed in the present invention can discriminate cells more diverse than those using conventional Oct4-GFP mice. In other words, use in the development of GFP +, GFP + RFP +, RFP + 3 kinds of by distinguishing pluripotent stem cells, fully pluripotent stem cells and semi-round culture conditions and factors necessary to differentiate the stem cells only fully functional and gender semi-round .

도 1은 이중 형질전환 마우스(O4-DE-GFP / O4-PE-RFP)의 제작 및 전분화능 주기에서 구별되는 Oct4 조절 인자를 나타낸다. (A) 야생형 내인성 Oct4, Oct4-ΔPE-GFP (O4-DE-GFP) 및 and Oct4-ΔDE-RFP (O4-PE-RFP)의 유전자 지도. (B) 착상 전 배아(2C~배반포)에서의 O4-DE-GFP 및 O4-PE-RFP의 발현 패턴. 오직 O4-DE-GFP만 발현하는 O4-DE-GFP / O4-PE-RFP 착상 전 배아. Scale bar = 20 μm. (C-H) 착상 후 배아에서의 O4-DE-GFP 및 O4-PE-RFP의 발현 패턴의 형광 이미지를 나타낸다. (C) 6.5 dpc 배아, Scale bar = 100 μm; (D) 7.25 dpc 배아, Scale bar = 100 μm; (E) 8.5 dpc 배아, Scale bar = 100 μm; (F) 9.5 dpc 배아 및 이동성 PGCs, Scale bar = 100 μm; (G) 10.5 dpc 배아 및 PGCs, Scale bar = 100 μm; 및 (H) 13.5 dpc 배아 및 생식선; scale bar = 100 μm. (I 및 J) 고환에서 O4-DE-GFP 및 O4-PE-RFP의 발현 패턴의 형광 이미지를 나타낸다. (I) 7 dpp 고환 및 정세관(seminiferous tubules) 및 (J) 4 주령 성체 마우스 고환 및 정세관(seminiferous tubules), scale bar = 100 μm. (K) 신경구(neurosphere)에서는 O4-DE-GFP 또는 O4-PE-RFP를 발현하지 않았다. scale bar = 100 μm. 따라서, O4-DE-GFP 및 O4-PE-RFP의 발현은 만능세포와 생식세포에 한정됨을 증명함.
도 2는 ESC 배양 조건이 Oct4 인헨서의 활성에 영향을 미친다는 것을 나타낸다. (A-B) O4-DE-GFP/O4-PE-RFP 배반포로부터 ESCs 유도. O4-PE-RFP는 ESCs 확립 과정에서 처음으로 발현되었다. scale bar = 50 μm. (C) 혈청+LIF 배지에서의 O4-DE-GFP / O4-PE-RFP ESCs의 형광이미지. scale bar = 100 μm. (D) 혈청+LIF 배지에서의 O4-DE-GFP+ 단일세포 또는 O4-DE-GFP+와 O4-PE-RFP+ 세포 비율에 대한 유세포 분석 결과. (E) O4-DE-GFP+ 단일세포 또는 O4-DE-GFP+ 및 O4-PE-RFP+ 세포를 모아, 혈청+LIF 배지에서 10번 계대한 O4-DE-GFP+ 단일세포 또는 O4-DE-GFP+ 및 O4-PE-RFP+ 세포 비율에 대한 유세포 분석 결과. (F) 혈청+LIF+2i 배지에서의 O4-DE-GFP / O4-PE-RFP ESCs의 형광이미지. scale bar = 100 μm. (G) O4-DE-GFP+ 단일세포 또는 O4-DE-GFP+ 및 O4-PE-RFP+ 세포를 모아, 혈청+LIF+2i 배지에서 10번 계대한 O4-DE-GFP+ 단일세포 또는 O4-DE-GFP+ 및 O4-PE-RFP+ 세포 비율에 대한 유세포 분석 결과. (I) 혈청+LIF+2i 배지에서의 O4-DE-GFP/O4-PE-RFP ESCs의 형광이미지. scale bar = 100 μm. (J 및 K) N2B27+LIF+2i 배지에서 2일 동안 배양되거나 10번 계대한 O4-DE-GFP+ 단일세포 또는 O4-DE-GFP+ 및 O4-PE-RFP+ 세포 비율에 대한 유세포 분석 결과. (L) N2B27+LIF+2i 배지에서 유래되고, 혈청+LIF 배지에서 2일 동안 배양한 O4-DE-GFP+ 단일세포 또는 O4-DE-GFP+ 및 O4-PE-RFP+ 세포 비율에 대한 유세포 분석 결과. 따라서, O4-DE-GFP+ 완전만능줄기세포를 유지하기 위해서는 혈청이 첨가되지 않은 LIF+2i가 첨가된 배지에서 배양해야 한다.
도 3은 N2B27+LIF+2i 배지에서 배양된 2i-GFP 양성 세포 및 혈청+LIF 배지에서 배양된 GFP 또는 GR 양성 세포가 다른 유전자 발현 패턴을 보인다는 것을 나타낸다. (A) 2i-GFP+, GFP+RFP- (GFP) 및 GFP+RFP+ (GR) 세포에 대한 전체 유전자 발현 패턴의 열지도. (B 및 C) 계층적 클러스터링(hierarchical clustering) 및 MDS 플랏 분석 결과, 2i-GFP 양성 세포는 GFP 또는 GR 양성 세포와는 다르다는 것을 나타냈다. (D) 2i-GFP 및 GFP 양성 세포, (E) 2i-GFP 및 GR 양성 세포 및 (F) GFP 및 GR 양성 세포의 전체 유전자 발현을 비교한 산포도 분석결과. (G) GFP 양성 세포가 GR 양성 세포보다 더 높은 수준으로 Wnt3a, Rhox5, Rhox6, Rhox9, Nanos3Tcfap2c를 포함하는 생식 세포 관련 유전자를 발현한다는 것을 나타내는 열지도 분석 결과. (H) 2i-GFP 양성 세포가 완전(naive) 만능성-관련 유전자를 높게 발현하고, GFP 및 GR 양성 세포가 분화 마커들을 높게 발현한다는 것을 나타내는 열지도 분석 결과. (I) 만능성 마커(Oct4, Nanog, Sox2, Esrrb), 완전(naive) 만능성 마커(Rex1 , Klf2 , Klf4 , Tcl1 , Tbx3 , Prdm14) 및 분화 마커(Dnmt1 , Dnmt3a , Dnmt3b , T, Fgf5)의 정량적 유전자 발현 분석 결과. 데이터는 3번 반복하여(n = 3) 평균±SD로 나타냈다.
도 4는 유전자 발현 패턴 및 후생유전학적 상태를 통해 Oct4-ΔDE-RFP 양성 세포가 준(primed) 만능줄기세포를 구성한다는 것을 나타낸다. (A) O4-DE-GFP/O4-PE-RFP ESCs 유래 EpiSC-유사 세포(EpiLCs)의 형광이미지. EpiLCs는 Oct4-ΔDE-RFP를 발현하지만, Oct4-ΔPE-GFP는 발현하지 않는다. cale bar = 100 μm. (B) 2i-GFP+, GFP+RFP-(GFP+), GFP+RFP+ (GR), GFP-RFP+ (RFP) 세포, ESCs, EpiSCs 및 MEF에서의 전체 유전자 발현 열지도. (C 및 D) 계층적 클러스터링(hierarchical clustering) 및 MDS 플랏 분석 결과, RFP 양성 세포는 ESCs, 2i-GFP, GFP 또는 GR 양성세포보다 EpiSCs와 더 비슷하다는 것을 나타냈다. (E) EpiSCs 및 GFP 양성 세포, (F) EpiSCs 및 GR 양성 세포 및 (G) EpiSCs 및 RFP 양성 세포의 전체 유전자 발현을 비교한 산포도. (H 및 I) RFP 양성 세포는 완전(naive) 만능성-관련 유전자들은 발현하지는 않지만, 준(primed) 만능성-관련 유전자들은 발현한다는 것을 나타내는 열지도 및 정량적 유전자 발현 분석 결과. 데이터는 3번 반복하여(n = 3) 평균±SD로 나타냈다. (J-N) 2i-GFP, GFP, GR 및 RFP 양성 세포에서 각 Nanog, Stella, Dppa5, LINEIAP 영역의 바이설페이트 유전체 서열분석 결과.
도 5는 Oct4-ΔDE-RFP 양성 세포의 세포 내(In vivo) 발달 능력을 나타낸다. (A) 정상 배아를 가진 GFP, GR 및 RFP 양성 세포의 응집. RFP 양성 세포는 배아에 주입되지 않았다. Scale bar = 50μm. (B) GFP, GR 및 RFP 양성 세포의 응집 효율.
도 6은 완전(naive) 및 준(primed) 만능줄기세포에서 Oct4 조절인자의 후생유전학적 상태를 나타낸다. (A) Oct4 원위 및 근위 인헨서 상의 H3K27ac, H3K27me3 및 H3K9me3 농축을 측정하기 위한 ChIP-qPCR 분석 결과. 데이터는 3번 반복하여(n = 3) 평균±SD로 나타냈다. (B) 2i-GFP, GFP, GR, RFP 양성 세포 및 MEF에서 각 Oct4 원위 인헨서, 근위 인헨서 및 인접 프로모터 영역의 바이설페이트 유전체 서열분석 결과. (C) 전분화능 주기 과정에서 Oct4의 조절 인자 모식도. (D) 완전(naive) 및 준(primed) 만능성에 있어서 Oct4 인헨서의 후생유전학적 상태.
Figure 1 shows the production and dual Oct4 regulator of the Oct4 regulatory factor in a dual transgenic mouse (O4-DE-GFP / O4-PE-RFP). (A) Genetic map of wild-type endogenous Oct4 , Oct4- ΔPE-GFP (O4-DE-GFP) and and Oct4- ΔDE-RFP (O4-PE-RFP). (B) Expression patterns of O4-DE-GFP and O4-PE-RFP in pre-implantation embryos (2C ~ blastocyst). O4-DE-GFP / O4-PE-RFP pre-implantation embryo expressing only O4-DE-GFP. Scale bar = 20 μm. 0.0 > O4-DE-GFP < / RTI > and O4-PE-RFP in the embryo after (CH) (C) 6.5 dpc embryo, Scale bar = 100 μm; (D) 7.25 dpc embryo, Scale bar = 100 [mu] m; (E) 8.5 dpc embryo, Scale bar = 100 [mu] m; (F) 9.5 dpc embryonic and mobile PGCs, Scale bar = 100 [mu] m; (G) 10.5 dpc embryos and PGCs, Scale bar = 100 [mu] m; And (H) 13.5 dpc embryos and gonads; scale bar = 100 μm. Lt; RTI ID = 0.0 > O4-DE-GFP < / RTI > and O4-PE-RFP in testes (I and J) (I) 7 dpp testis and seminiferous tubules and (J) 4 week old adult mouse testes and seminiferous tubules, scale bar = 100 μm. (K) neurospheres did not express O4-DE-GFP or O4-PE-RFP. scale bar = 100 μm. Thus, the expression of O4-DE-GFP and O4-PE-RFP proved to be restricted to pluripotent cells and germ cells.
Figure 2 shows that the ESC culture conditions were Oct4 It affects the activity of the enhancer. (AB) O4-DE-GFP / O4-PE-RFP Induction of ESCs from blastocysts. O4-PE-RFP was first expressed in the establishment of ESCs. scale bar = 50 μm. (C) Fluorescence image of O4-DE-GFP / O4-PE-RFP ESCs in serum + LIF medium. scale bar = 100 μm. (D) Flow cytometric analysis of O4-DE-GFP + single cells or O4-DE-GFP + and O4-PE-RFP + cell ratios in serum + LIF medium. (E) O4-DE-GFP + single cell or O4-DE-GFP + and O4-PE-RFP + cells were collected, the serum + about 10 based on the LIF medium O4-DE-GFP + single cell or O4-DE Flow cytometric analysis of the ratio of GFP + and O4-PE-RFP + cells. (F) Fluorescence image of O4-DE-GFP / O4-PE-RFP ESCs in serum + LIF + 2i medium. scale bar = 100 μm. (G) O4-DE-GFP + single cell or O4-DE-GFP + and O4-PE-RFP + cells were collected, the serum + LIF + 2i medium at 10 based on O4-DE-GFP + single cell or O4 Flow cytometric analysis of the ratio of DE-GFP + and O4-PE-RFP + cells. (I) Fluorescence image of O4-DE-GFP / O4-PE-RFP ESCs in serum + LIF + 2i medium. scale bar = 100 μm. (J and K) Flow cytometry analysis on O4-DE-GFP + single cells or O4-DE-GFP + and O4-PE-RFP + cell ratios for 2 days cultured in N2B27 + LIF + . DE-GFP + single cells or O4-DE-GFP + and O4-PE-RFP + cell ratios derived from (L) N2B27 + LIF + 2i medium and cultured for 2 days in serum + LIF medium Analysis. Therefore, in order to maintain O4-DE-GFP + fully pluripotent stem cells, LIF + 2i supplemented with no serum should be cultured.
Fig. 3 shows that 2i-GFP positive cells cultured in N2B27 + LIF + 2i medium and GFP or GR positive cells cultured in serum + LIF medium exhibit different gene expression patterns. (A) Topographic map of the entire gene expression pattern for 2i-GFP + , GFP + RFP - (GFP) and GFP + RFP + (GR) cells. (B and C) Hierarchical clustering and MDS plot analysis showed that 2i-GFP positive cells were different from GFP or GR positive cells. (D) 2I-GFP and GFP positive cells, (E) 2i-GFP and GR positive cells, and (F) GFP and GR positive cells. (G) Results of thermal maps showing that GFP-positive cells express germ cell-associated genes including Wnt3a , Rhox5 , Rhox6 , Rhox9 , Nanos3 and Tcfap2c at a higher level than GR-positive cells. (H) 2i-GFP-positive cells express high expression of naive pluripotency-related genes, and GFP and GR positive cells express high expression markers. (I) universal markers (Oct4, Nanog, Sox2, Esrrb ), full (naive) universal markers (Rex1, Klf2, Klf4, Tcl1 , Tbx3, Prdm14) and differentiation markers (Dnmt1, Dnmt3a, Dnmt3b, T , Fgf5) Quantitative gene expression analysis of. Data were repeated three times ( n = 3) and expressed as mean ± SD.
FIG. 4 shows that Oct4- .DELTA.DE-RFP positive cells constitute primed pluripotent stem cells through gene expression patterns and womens genetic status. (A) Fluorescence image of EpiSC-like cells (EpiLCs) derived from O4-DE-GFP / O4-PE-RFP ESCs. EpiLCs express Oct4- DELTA DE-RFP but not Oct4- DELTA PE-GFP. cale bar = 100 [mu] m. (B) 2i-GFP +, GFP + RFP - (GFP +), GFP + RFP + (GR), GFP - RFP + (RFP) cells, ESCs, also open the entire gene expression in EpiSCs and MEF. (C and D) Hierarchical clustering and MDS plot analysis showed that RFP-positive cells were more similar to EpiSCs than ESCs, 2i-GFP, GFP or GR positive cells. (E) EpiSCs and GFP positive cells, (F) EpiSCs and GR positive cells, and (G) EpiSCs and RFP-positive cells. (H and I) RFP-positive cells did not express naive pluripotency-related genes, but expressed primed universal-related genes. Data were repeated three times ( n = 3) and expressed as mean ± SD. (JN) Each Nanog , Stella , Dppa5 , LINE and IAP in 2i-GFP, GFP, GR and RFP- Results of bisulfate genomic sequencing of the region.
FIG. 5 is a graph showing changes in the intracellular content of Oct4- DE-RFP-positive cells ( In vivo developmental ability. (A) Aggregation of GFP, GR and RFP-positive cells with normal embryos. RFP-positive cells were not injected into the embryo. Scale bar = 50μm. (B) Coagulation efficiency of GFP, GR, and RFP-positive cells.
Figure 6 shows the womb genetic status of Oct4 regulators in naive and primed pluripotent stem cells. (A) ChIP-qPCR analysis to determine H3K27ac, H3K27me3 and H3K9me3 concentrations on Oct4 distal and proximal enhancers. Data were repeated three times ( n = 3) and expressed as mean ± SD. (B) Results of bisulfate genomic sequencing of the progenitor, proenzyme, proenzyme, and adjacent promoter region, which are located at each Oct4 position in 2i-GFP, GFP, GR, RFP positive cells and MEF. (C) Schematic representation of the regulatory factor of Oct4 in the process of pre-differentiation. (D) welfare genetic status of Oct4 enhancers in naive and primed universality.

본 발명은 O4-DE-GFP 마우스와 O4-PE-RFP 마우스를 교배하여 이중 형광마커 형질전환 마우스를 제조하는 방법을 제공한다.The present invention provides a method for producing a double fluorescent marker transgenic mouse by crossing an O4-DE-GFP mouse and an O4-PE-RFP mouse.

상세하게는, 상기 O4-DE-GFP 마우스는 Oct4 유전자의 근위 인헨서(the proximal enhancer; PE) 부위가 결손되고, 원위 인헨서(the distal enhancer; DE)의 조절을 받아 녹색형광단백질(green fluorescent protein; GFP)를 리포터 단백질로 발현하는 마우스일 수 있다.Specifically, the O4-DE-GFP mouse lacks the proximal enhancer (PE) site of the Oct4 gene and under the control of the distal enhancer (DE), the green fluorescent protein (GFP) as a reporter protein.

상세하게는, 상기 O4-PE-RFP 마우스는 Oct4 유전자의 원위 인헨서(the distal enhancer; DE) 부위가 결손되고, 근위 인헨서(the proximal enhancer; PE)의 조절을 받아 적색형광단백질(red fluorescent protein; RFP)를 리포터 단백질로 발현하는 마우스일 수 있다.
In detail, the O4-PE-RFP mouse lacks the distal enhancer (DE) site of the Oct4 gene and under the control of the proximal enhancer (PE), the red fluorescent protein protein (RFP) as a reporter protein.

또한, 본 발명은 Oct4 유전자의 원위 인헨서(the distal enhancer; DE)의 조절을 받아 녹색형광단백질(green fluorescent protein; GFP)을 발현하거나, Oct4 유전자의 근위 인헨서(the proximal enhancer; PE)의 조절을 받아 적색형광단백질(red fluorescent protein; RFP)을 발현하는 이중 형광마커 형질전환 마우스를 제공한다.
The present invention also relates to a method for expressing a green fluorescent protein (GFP) under the control of the distal enhancer (DE), which is a distal end of the Oct4 gene, or expressing the proximal enhancer (PE) Lt; / RTI > to provide a dual fluorescent marker transgenic mouse expressing red fluorescent protein (RFP).

또한, 본 발명은 이중 형광마커 형질전환 마우스의 줄기세포가 발현하는 RFP 또는 GFP의 발광 정도를 측정하는 단계를 포함하는 만능줄기세포(pluripotent stem cells; PSCs) 구별방법을 제공한다.The present invention also provides a method for discriminating pluripotent stem cells (PSCs) comprising measuring the degree of luminescence of RFP or GFP expressing stem cells of a double fluorescent marker transgenic mouse.

상세하게는, 상기 만능줄기세포는 완전(naive) 만능줄기세포 또는 준(primed) 만능줄기세포일 수 있다.Specifically, the pluripotent stem cells may be naive pluripotent stem cells or primed pluripotent stem cells.

상세하게는, 상기 만능줄기세포 구별방법은 상기 이중 형광마커 형질전환 마우스 유래 배아줄기세포(embryonic stem cells; ESCs)가 GFP+RFP- 세포인 경우 완전(naive) 만능줄기세포라고 판단할 수 있다.Specifically, the pluripotent stem cell differentiation method can be considered as a naive pluripotent stem cell when embryonic stem cells (ESCs) derived from the double fluorescent marker transgenic mouse are GFP + RFP - cells.

상세하게는, 상기 만능줄기세포 구별방법은 상기 이중 형광마커 형질전환 마우스 유래 낭배외피줄기세포(epiblast stem cells; EpiSCs) 또는 배아줄기세포(embryonic stem cells; ESCs)에서 분화된 EpiSC-유사 세포가 GFP-RFP+ 세포인 경우 준(primed) 만능줄기세포라고 판단할 수 있다.
In detail, the pluripotent stem cell differentiation method is characterized in that EpiSC-like cells differentiated from epidermal stem cells (EpiSCs) or embryonic stem cells (ESCs) derived from the double fluorescent marker transgenic mouse express GFP - RFP + cells can be judged as primed pluripotent stem cells.

본 발명에 있어서, "GFP+RFP- 세포"는 GFP 발현은 양성이고, RFP 발현은 음성인 세포를 의미하며, "GFP-RFP+ 세포"는 GFP 발현은 음성이고, RFP 발현은 양성인 세포를 의미한다.
In the present invention, "GFP + RFP - cell" means a cell in which GFP expression is positive and RFP expression is negative, "GFP - RFP + cell" means a cell in which GFP expression is negative and RFP expression is positive do.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만 하기의 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples. However, the following examples are intended to illustrate the contents of the present invention, but the scope of the present invention is not limited to the following examples. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art.

하기의 실험예는 본 발명에 따른 각각의 실시예에 공통적으로 적용되는 실험예를 제공하기 위한 것이다.
The following experimental examples are intended to provide experimental examples that are commonly applied to the respective embodiments according to the present invention.

<< 실험예Experimental Example > >

1. One. O4O4 -- DEDE -- GFPGFP /  / O4O4 -- PEPE -- RFPRFP 마우스 생산 Mouse production

근위 인헨서 (PE) 의 활성도를 확인하기 위해 먼저 원위 인헨서 (DE)가 결핍된 Oct4 상위 염기서열에 적색 형광 단백질 (tdTomato)이 포함되어 있는 벡터 (Oct4-ΔDE-RFP)를 제작하였다. Oct4-ΔDE-RFP 벡터는 근위 인헨서의 활성도의 의해 적색 형광 단백질의 발현이 조절된다. 이러한 벡터를 마이크로 인젝션 실험을 이용해 형질전환 마우스 (O4-PE-RFP) 를 생산하였다. 기존에 존재하는 O4-DE-GFP 마우스와 O4-PE-RFP 마우스를 교배하여 이중 형광마커 마우스를 생산하였다. 이중 형광마커 마우스와 일반 마우스와 교배하여 얻은 배아를 통해 체내에서 발달 과정 동안 원위 인헨서와 근위 인헨서의 활성도를 형광 현미경을 통해서 확인하였다.
(Oct4-ΔDE-RFP) containing the red fluorescent protein (tdTomato) in the Oct4 high base sequence deficient in the distal enhancer (DE) was constructed to confirm the activity of the proximal enhancer (PE). The Oct4-ΔDE-RFP vector regulates the expression of the red fluorescent protein by the activity of proximal enhancers. These vectors were used to produce transgenic mice (O4-PE-RFP) using microinjection experiments. Existing O4-DE-GFP mice and O4-PE-RFP mice were crossed to produce double fluorescent marker mice. Through the fluorescence microscope, the activity of the distal and proximal enhancers during development in the body through the embryo obtained by crossing with the double fluorescent marker mouse and the general mouse was confirmed.

2. 이중 2. Double 형광마커Fluorescent marker 배아로부터 배아줄기세포 확립 Establish embryonic stem cells from embryos

이중 형광마커 마우스와 일반 마우스와의 교배를 통해 얻은 8 세포기의 배아를 체외에서 발달을 유도하여 배반포를 획득하였다. 이러한 배반포를 지지세포가 있는 배양접시에 올린 후 배아줄기세포 배지에서 배양을 유도하였다. 배아줄기세포 배지는 DMEM에 15% 송아지 혈청, 1x 페니실린/스트렙토마이신/글루타민(Gibco), 1X Beta-mercaptoethanol, 1000U LIF가 포함되어 있다. 지지세포에서 자란 세포를 분리하여 Trypsin/EDTA를 이용해 계대배양 하였다. 확립된 배아줄기세포를 일반 배아줄기세포 배지에 두가지 억제제 (CHIR99021 (3 μM) PD0325901 (1 μM))를 첨가하여 배양하거나 N2B27 배지에 LIF와 두 가지 억제제를 첨가하여 배양하였다. N2B27 medium은 DMEM과 Neural basal 배지 1:1로 혼합한 후 N2와 B27 첨가제를 첨가하고 1x 페니실린/스트렙토마이신/글루타민(Gibco), 0.005% BSA를 첨가하여 사용하였다.
The blastocysts obtained by crossing between the double fluorescent marker mice and the normal mice were induced to develop the blastocysts in vitro. These blastocysts were cultured on embryonic stem cell culture medium after culturing on a culture dish with supporting cells. Embryonic stem cell medium contains DMEM containing 15% calf serum, 1x penicillin / streptomycin / glutamine (Gibco), 1X Beta-mercaptoethanol and 1000 U LIF. Cells grown in support cells were separated and subcultured using trypsin / EDTA. Established embryonic stem cells were cultured in the presence of two inhibitors (CHIR99021 (3 μM) PD0325901 (1 μM)) in normal embryonic stem cell culture medium or with LIF and two inhibitors in N2B27 medium. N2B27 medium was mixed with DMEM and Neural basal medium 1: 1, N2 and B27 additives were added, and 1x penicillin / streptomycin / glutamine (Gibco) and 0.005% BSA were added.

3. 배아줄기세포로부터 3. From embryonic stem cells 낭배외피줄기세포Embryonic stem cell 분화  differentiation

이중 형광 마커 배아줄기세포를 지지세포가 없거나 존재하는 배양접시에 N2B27 배지에 activin A (20 ng/ml), bFGF (12 ng/ml), KSR (1%)가 포함되어 있는 낭배외피줄기세포 분화 배지에서 배양하였다. 낭배외피줄기세포 분화 배지는 매일 교체하였다. 분화된 적색 형광 단백질이 발현하는 낭배외피줄기세포를 분리하여 아교질가수분해효소 (Collaganase)를 이용해 계대배양 하였다.
Double fluorescent marker embryonic stem cells were cultured in N2B27 medium without or supplemented with supporting cells in the cervical stem cell differentiation medium containing activin A (20 ng / ml), bFGF (12 ng / ml) and KSR (1% Lt; / RTI &gt; The cervical stem cell differentiation medium was replaced every day. Embryonic stem cells expressing differentiated red fluorescent proteins were isolated and subcultured using collagenase (Collaganase).

4. 4. RNARNA 분리와 정량적인  Separation and quantitative RTRT -- PCRPCR 분석 analysis

RNA는 RNeasy Mini Kit (QIAGEN)를 사용하여 분리하였고, genomic DNA 오염을 제거하기 위해 DNA 분해효소를 처리하였다. 1 μg의 RNA를 제조업체의 지시에 따라 SuperScript III Reverse Transcriptase Kit (Invitrogen) 와 Oligo (dT) primer (Invitrogen)을 사용하여 증폭하였다. 정량적인 폴리머라이제 연쇄 반응 (PCR) 반응은 Power SYBR Green Master Mix (Dakara)로 이중으로 실험 하였고, Roche LightCycler 5480 (Roche)로 분석하였다. 사용된 시발체 염기서열은 다음과 같다. Oct4 sense 5'-GATGCTGTGAGCCAAGGCAAG-3', Oct4 antisense 5'- GGCTCCTGATCAACAGCATCAC-3'; Nanog sense 5'-CTTTCACCTATTAAGGTGCTTGC-3', Nanog antisense 5'-TGGCATCGGTTCATCATGGTAC-3'; Sox2 sense 5'-CATGAGAGCAAGTACTGGCAAG-3', Sox2 antisense 5'- CCAACGATATCAACCTGCATGG-3'; Rex1 sense 5'-TCCATGGCATAGTTCCAACAG-3', Rex1 antisense 5'-TAACTGATTTTCTGCCGTATGC-3'; Esrrb sense 5'-CAGGCAAGGATGACAGACG-3', Esrrb antisense 5'-GAGACAGCACGAAGGACTGC-3'; Klf2 sense 5'-TCGAGGCTAGATGCCTTGTGA-3', Klf2 antisense 5'-AAACGAAGCAGGCGGCAGA-3'; Klf4 sense 5'-AGGAGCCCAAGCCAAAGAGG-3', Klf4 antisense 5'-CGCAGGTGTGCCTTGAGATG-3'; Tcl1 sense 5'-TGGCCTCACTAGAACAAGAGG-3', Tcl1 antisense 5'-CTCGGTCAAGGATGGAAGC-3'; Tbx3 sense 5'-TTATTTCCAGGTCAGGAGATGGC-3', Tbx3 antisense 5'-GGTCGTTTGAACCAAGTCCCTC-3'; Prdm14 sense 5'-ACAGCCAAGCAATTTGCACTAC-3', Prdm14 antisense 5'-TTACCTGGCATTTTCATTGCTC-3'; Dnmt3a sense 5'-GACTCGCGTGCAATAACCTTAG -3', Dnmt3a antisense 5'-GGTCACTTTCCCTCACTCTGG -3', Dnmt3b sense 5'-CTCGCAAGGTGTGGGCTTTTGTAAC-3', and Dnmt3b antisense 5'-CTGGGCATCTGTCATCTTTGCACC-3', Dnmt3l sense 5'-CCAGGGCAGATTTCTTCCTAAGGTC-3', and Dnmt3l antisense 5'-TGAGCTGCACAGAGGCATCC-3', T/Brachyury sense 5'-ATCAGAGTCCTTTGCTAGGTAG-3', and T/Brachyury antisense 5'-GTTACAATCTTCTGGCTATGC-3', Fgf5 sense 5'-AAAACCTGGTGCACCCTAGAAG-3', and Fgf5 antisense 5'-GCTAAACCGTCTGTGGTTTCTG-3', Fgfr1 sense 5'-CTACCAACCCTGTCCCCAGT-3', and Fgfr1 antisense 5'-CACAGGAAGGCCTCAGTCAG-3', Fgfr2 sense 5'-CAAGGAGCTCTTGTTCTTCAGG-3', and Fgfr2 antisense 5'-TAACACTGCCGTTTATGTGTGG-3'.
RNA was isolated using RNeasy Mini Kit (QIAGEN) and treated with DNA degrading enzyme to remove genomic DNA contamination. 1 μg of RNA was amplified using SuperScript III Reverse Transcriptase Kit (Invitrogen) and Oligo (dT) primer (Invitrogen) according to the manufacturer's instructions. Quantitative polymerase chain reaction (PCR) reactions were performed in duplicate with Power SYBR Green Master Mix (Dakara) and analyzed with Roche LightCycler 5480 (Roche). The base sequence used was as follows. Oct4 sense 5'-GATGCTGTGAGCCAAGGCAAG-3 ', Oct4 antisense 5'- GGCTCCTGATCAACAGCATCAC-3'; Nanog sense 5'-CTTTCACCTATTAAGGTGCTTGC-3 ', Nanog antisense 5'-TGGCATCGGTTCATCATGGTAC-3'; Sox2 sense 5'-CATGAGAGCAAGTACTGGCAAG-3 ', Sox2 antisense 5'- CCAACGATATCAACCTGCATGG-3'; Rex1 sense 5'-TCCATGGCATAGTTCCAACAG-3 ', Rex1 antisense 5'-TAACTGATTTTCTGCCGTATGC-3'; Esrrb sense 5'-CAGGCAAGGATGACAGACG-3 ', Esrrb antisense 5'-GAGACAGCACGAAGGACTGC-3'; Klf2 sense 5'-TCGAGGCTAGATGCCTTGTGA-3 ', Klf2 antisense 5'-AAACGAAGCAGGCGGCAGA-3'; Klf4 sense 5'-AGGAGCCCAAGCCAAAGAGG-3 ' , Klf4 antisense 5'-CGCAGGTGTGCCTTGAGATG-3'; Tcl1 sense 5'-TGGCCTCACTAGAACAAGAGG-3 ', Tcl1 antisense 5'-CTCGGTCAAGGATGGAAGC-3'; Tbx3 sense 5'-TTATTTCCAGGTCAGGAGATGGC-3 ', Tbx3 antisense 5'-GGTCGTTTGAACCAAGTCCCTC-3'; Prdm14 sense 5'-ACAGCCAAGCAATTTGCACTAC-3 ', Prdm14 antisense 5'-TTACCTGGCATTTTCATTGCTC-3'; Dnmt3a sense 5'-GACTCGCGTGCAATAACCTTAG -3 ', Dnmt3a antisense 5'-GGTCACTTTCCCTCACTCTGG -3', Dnmt3b sense 5'-CTCGCAAGGTGTGGGCTTTTGTAAC-3 ', and Dnmt3b antisense 5'-CTGGGCATCTGTCATCTTTGCACC-3', Dnmt3l sense 5'-CCAGGGCAGATTTCTTCCTAAGGTC-3 ' , and Dnmt3l antisense 5'-TGAGCTGCACAGAGGCATCC-3 ', T / Brachyury sense 5'-ATCAGAGTCCTTTGCTAGGTAG-3', and T / Brachyury antisense 5'-GTTACAATCTTCTGGCTATGC-3 ', Fgf5 sense 5'- AAAACCTGGTGCACCCTAGAAG- 5'-GCTAAACCGTCTGTGGTTTCTG-3 ', Fgfr1 sense 5'-CTACCAACCCTGTCCCCAGT-3', and Fgfr1 antisense 5'-CACAGGAAGGCCTCAGTCAG-3 ', Fgfr2 sense 5'-CAAGGAGCTCTTGTTCTTCAGG-3', and Fgfr2 antisense 5'-TAACACTGCCGTTTATGTGTGG-3 '.

5. 5. DNADNA 메틸화 분석 Methylation analysis

각각의 세포에서 DNA를 분리하고, 중아황산염 반응은 EZ methylation kit 중아황산염 장비를 사용하여 제조자의 지시에 따라 실행하였다. 특정 부위의 프라이머 세트를 이용하여 PCR를 통해 증폭하였다. 사용된 시발체 염기서열은 다음과 같다. Oct4-DE sense 5'- TTTAGGTTTTAGAGGTTGGTTTTG-3', Oct4-DE antisense 5'- CCAATTTCTATACATTCATTATAAAACAAT-3'; Oct4-PE first sense 5'- GGTTTTTTGAGGTTGTGTGATTTAT-3', Oct4-PE first antisense 5'- CTCCCCTAAAAACAACTTCCTACTC-3'; Oct4-PE second sense 5'- GGGATTTTTAGATTGGGTTTAGAAAA-3', Oct4-PE second antisense 5'- CTCCTCAAAAACAAAACCTCAAATA-3', Oct4-PP first sense 5'- TTTGTTTTTTTATTTATTTAGGGGG-3', Oct4-PP first antisense 5'- ATCCCCAATACCTCTAAACCTAATC-3'; Oct4-PP second sense 5'- GGGTTAGAGGTTAAGGTTAGAGGG-3', Oct4-PP second antisense 5'- CCCCCACCTAATAAAAATAAAAAAA-3'; Nanog first sense 5'- TTTGTAGGTGGGATTAATTGTGAA-3', Nanog first antisense 5'- AAAAAATTTTAAACAACAACCAAAAA-3', Nanog second sense 5'- TTTGTAGGTTGGGATTAATTGTGAA-3', Nanog second antisense 5'- AAAAAAACAAAACACCAACCAAAT-3'; Stella first sense 5'- TTTTTTTATTTTGTGATTAGGGTTG-3', Stella first antisense 5'- CTTCACCTAAACTACACCTTTAAAC-3'; Stella second sense 5'- TTTGTTTTAGTTTTTTTGGAATTGG-3', Stella second antisense 5'- CTTCACCTAAACTACACCTTTAAAC-3', Dppa5 first sense 5'- GGTTTGTTTTAGTTTTTTTAGGGGTATA-3', Dppa5 first antisense 5'- CCACAACTCCAAATTCAAAAAAT-3'; Dppa5 second sense 5'- TTTAGTTTTTTTAGGGGTATAGTTTG-3', Dppa5 second antisense 5'- CACAACTCCAAATTCAAAAAATTTTA-3', LINE sense 5'- TCAAACACTATATTACTTTAACAATTCCCA-3', LINE antisense 5'-CCCCCACCTAATAAAAATAAAAAAA-3'; IAP first sense 5'- TTGATAGTTGTGTTTTAAGTGGTAAATAAA-3', IAP first antisense 5'- AAAACACCACAAACCAAAATCTTCTAC-3', IAP second sense 5'- TTGTGTTTTAAGTGGTAAATAAATAATTTG-3', and IAP second antisense 5'- CAAAAAAAACACACAAACCAAAAT -3'. DNA was isolated from each cell, and the bisulfite reaction was carried out using the EZ methylation kit bisulfite kit according to the manufacturer's instructions. And amplified by PCR using a primer set of a specific site. The base sequence used was as follows. Oct4 -DE sense 5'- TTTAGGTTTTAGAGGTTGGTTTTG-3 ', Oct4 -DE antisense 5'-CCAATTTCTATACATTCATTATAAAACAAT-3'; Oct4 -PE first sense 5'- GGTTTTTTGAGGTTGTGTGATTTAT-3 ', Oct4 -PE first antisense 5'- CTCCCCTAAAAACAACTTCCTACTC-3'; Oct4 -PE second sense 5'- GGGATTTTTATATGGGTTTAGAAAA-3 ', Oct4 -PE second antisense 5'- CTCCTCAAAAACAAAACCTCAAATA-3', Oct4 -PP first sense 5'-TTTGTTTTTTTATTTATTTAGGGGG-3 ', Oct4- PP first antisense 5'- ATCCCCAATACCTCTAAACCTAATC-3 '; Oct4 -PP second sense 5'-GGGTTAGAGGTTAAGGTTAGAGGG-3 ', Oct4 -PP second antisense 5'- CCCCCACCTAATAAAAATAAAAAAA-3'; Nanog first sense 5'- TTTGTAGGTGGGATTAATTGTGAA-3 ', Nanog first antisense 5'- AAAAAATTTTAAACAACAACCAAAAA-3 ', Nanog second sense 5'- TTTGTAGGTTGGGATTAATTGTGAA-3', Nanog second antisense 5'- AAAAAAACAAAACACCAACCAAAT-3 '; Stella first sense 5'- TTTTTTTATTTGTGATTAGGGTTG-3 ', Stella first antisense 5'- CTTCACCTAAACTACACCTTTAAAC-3'; Stella second sense 5'- TTTGTTTTAGTTTTTTTTGGAATTGG-3 ', Stella second antisense 5'- CTTCACCTAAACTACACTTTAAAC-3', Dppa5 first sense 5'- GGTTTGTTTTAGTTTTTTTAGGGGTATA-3 ', Dppa5 first antisense 5'- CCACAACTCCAAATTCAAAAAAT-3'; Dppa5 second sense 5'-TTTAGTTTTTTTAGGGGTATAGTTTG-3 ', Dppa5 second antisense 5'- CACAACTCCAAATTCAAAAAATTTTA-3 ', LINE sense 5'- TCAAACACTATATACTTTAACAATTCCCA-3', LINE antisense 5'-CCCCCACCTAATAAAAATAAAAAAA-3 '; IAP first sense 5'- TTGATAGTTGTGTTTTAAGTGGTAAATAAA-3 ', IAP first antisense 5'- AAAACACCACAAACCAAAATCTTCTAC-3 ', IAP second sense 5'- TTGTGTTTTAAGTGGTAAATAAATAATTTG-3', and IAP second antisense 5'- CAAAAAAACACACAAACCAAAAT -3 '.

PCR을 통해 증폭된 염기서열을 아가로스 젤 (1%) 을 이용해 분리하고 T 벡터에 복제하였다. 복제된 T 벡터를 염기서열 분석을 통해 메틸화를 측정하였다.
The base sequence amplified by PCR was separated using agarose gel (1%) and cloned into T vector. The methylation of the replicated T vector was determined by sequencing.

6. 발광효소 분석6. Luminescent enzyme analysis

Oct4 인헨서의 활성량을 측정하기 위해, 각각 원위 인헨서가 결손되거나 근위 인헨서가 결손된 Oct4 상위 염기 서열 2킬로바이트를 pGL3 기본 벡터에 복제하였다. pGL3-Oct4Δ원위 인헨서와 pGL3-Oct4Δ근위 인헨서 지시 구성체는 두 단계로 준비되었다. 먼저, 원위 인헨서 5’, 근위 인헨서 5’ 단편은 pOct4-GFP 플라스미드로부터 특정 시발체를 통해 PCR 증폭되고, KpnI 과 MluI 제한 효소로 절단된 후 pGL3 기본 벡터에 복제되었다. 원위 인헨서 3’, 근위 인헨서 3’ 단편은 pOct4-GFP 플라스미드로 부터 특정 시발체를 통해 PCR 증폭되고, MluI과 BglII 제한 효소로 절단된 후 pGL3-원위 인헨서 5’ 혹은 pGL3-근위 인헨서 5’ 플라스미드에 복제되었다. 발광효소 분석은 이중-발광효소 지시체 분석 시스템 Dual-Luciferase Reporter Assay System (Promega, USA)을 사용하여 이루어졌다. Oct4 인헨서 활성의 지시체 분석을 위해, pGL3-Oct4Δ원위 인헨서, pGL3-Oct4-Δ근위 인헨서는 각각 세포에 형질주입 되었다. 형질주입 48시간 후, 성장 배지를 제거한 후 세포를 1x인산완충식염수로 씻어냈다. 이후, 세포를 1x 용해용액으로 용해, 상온에서 10분간 진탕 배양하였다. 세포 용해물은 1.5 밀리리터 튜브로 옮겨진 후 분당 회전수 10,000으로 5분간 원심분리되었다. 10 마이크로리터의 상층액을 96칸 배양접시로 옮긴 후 발광법에 의해 발광효소 발현을 분석하였다. 각 실험은 3차례 반복으로 수행되었으며 그 값은 상대적 발광 단위로 기록되었다.
To determine the activity of the Oct4 enhancer, two kilobates of the Oct4 topoisomerase, each lacking a distal enhancer or lacking a proximal promoter, were cloned into the pGL3 base vector. The pGL3-Oct4Δ distal enhancer and the pGL3-Oct4Δ progenitor progenitor were prepared in two steps. First, the distal enhancer 5 ', the proximal hamster 5' fragment was PCR amplified from the pOct4-GFP plasmid via specific primers, cut with KpnI and MluI restriction enzymes, and replicated into the pGL3 basic vector. The proximal hamster 3 'and proximal hamster 3' fragments were PCR amplified from the pOct4-GFP plasmid via a specific primer, cleaved with MluI and BglII restriction enzymes, and amplified with pGL3-distant hamster 5 'or pGL3- 'Plasmid. Luminescent enzyme assays were performed using the Dual-Luciferase Reporter Assay System (Promega, USA). For the indicator of Oct4 enhancer activity, the pGL3-Oct4 delta enhancer, pGL3-Oct4-delta pro-nuclear factor, was transfected into each cell. After 48 hours of transfection, the growth medium was removed and the cells were rinsed with 1x phosphate buffered saline. Then, the cells were dissolved in 1x lysis solution and incubated with shaking at room temperature for 10 minutes. The cell lysate was transferred to a 1.5 milliliter tube and centrifuged at 10,000 revolutions per minute for 5 minutes. After transferring 10 microliters of the supernatant to a 96-well culture dish, luminescent enzyme expression was analyzed by light emission. Each experiment was repeated three times and the values were recorded in relative light emitting units.

7. 염색질 7. Chromatin 면역침강반응Immune sedimentation reaction

배양된 세포를 1% 포름알데히드로 교차결합시킨 후 프로테아제 억제제가 포함된 인산완충식염수로 씻어냈다. 유전체 DNA 추출과 염색질 면역침강반응은 단순 염색질 면역침강반응 효소의 염색질 면역침강반응 키트 SimpleChIP Plus Enzymatic Chromatin IP kit (Cell Signaling) 을 사용하여 수행되었다. 사용된 항체는 H3K27ac (Abcam), H3K27me3 (Cell signaling), H3K9me3 (Abcam) 이다. 염색질 면역침강반응-정량적 중합효소연쇄반응에서 사용된 시발체는 Oct4-DE sense 5'-GGCTGCAGGCATACTTGAAC-3', Oct4-DE antisense 5'-AGGGCAGAGCTATCATGCAC-3'; Oct4-PE sense 5'-TCCTCCTAATCCCGTCTCCT-3', and Oct4-PE antisense 5'-GGACTCCGGTGTTCATCCT-3' 이다.
The cultured cells were cross-linked with 1% formaldehyde and washed with phosphate-buffered saline containing protease inhibitor. Genomic DNA extraction and chromatin immunoprecipitation were performed using the SimpleChIP Plus Enzymatic Chromatin IP Kit (Cell Signaling), a chromatin immunoprecipitation kit for simple chromatin immune response. The antibodies used were H3K27ac (Abcam), H3K27me3 (Cell signaling) and H3K9me3 (Abcam). Chromatin Immunopathogenesis - The primers used in the quantitative PCR were Oct4-DE sense 5'-GGCTGCAGGCATACTTGAAC-3 ', Oct4-DE antisense 5'-AGGGCAGAGCTATCATGCAC-3'; Oct4-PE sense 5'-TCCTCCTAATCCCGTCTCCT-3 ', and Oct4-PE antisense 5'-GGACTCCGGTGTTCATCCT-3'.

8. 8. 마이크로어레이Microarray 분석 analysis

표지된 cRNA 샘플 (750 ng)은 각각 MouseRef-8 v2 Expression BeadChip 로 혼성되었다. 신호 감지는 Amersham Fluorolink Streptavidin-Cy3 (GE Healthcare Bio-Science) 로 수행되었다. Labeled cRNA samples (750 ng) were mixed with the MouseRef-8 v2 Expression BeadChip, respectively. Signal detection was performed with Amersham Fluorolink Streptavidin-Cy3 (GE Healthcare Bio-Science).

원자료는 Illumina GenomeStudio v2011.1, Gene Expression Module v1.9.0 소프트웨어를 통해 추출되었다. 어레이 자료는 최소 50%의 샘플에서 p-value 값이 0.05 이하인 것을 여과했다.
The original data was extracted using Illumina GenomeStudio v2011.1, Gene Expression Module v1.9.0 software. The array data was filtered with a p-value of 0.05 or less in at least 50% of the samples.

9. 정상 배아와의 응집9. Agglutination with normal embryo

배아줄기세포 혹은 낭배외피유사 줄기세포는 8세포기의 배아와 응집되었다. 8세포기 배아는 2.5dpc B6D2F1 암컷 마우스로부터 획득하였고 미네랄 오일이 덮인 배아 배양 배지에서 배양하였다. 선별된 배아 줄기 세포 혹은 낭배외피유사 줄기세포 덩어리 (4-10 세포)는 투명대가 제거된 8세포기 배아가 존재하는 마이크로 드롭으로 옮겨졌다. 배아 줄기 세포 혹은 낭배외피유사 줄기세포와 응집된 상실배 배아는 37℃, 5% CO2 조건에서 배양하였다.
Embryonic stem cells or cyst epithelial-like stem cells aggregated with embryos of 8-year-old aphasia. 8-cell embryos were obtained from 2.5 dpc B6D2F1 female mice and cultured in mineral oil-covered embryo culture medium. Selected embryonic stem cells or cadaveric cortex-like stem cell masses (4-10 cells) were transferred to a microdrop containing 8-cell embryos free of zona pellucida. Embryonic stem cells or cadaveric embryonic stem cells were co-cultured at 37 ℃ and 5% CO 2 .

<< 실시예Example 1> 마우스 배아 발달 과정에 있어  1> In the process of mouse embryo development Oct4Oct4 의 단계-특이적 발현을 나타내는 이중 형광 형질전환 마우스 Lt; RTI ID = 0.0 &gt; expression-specific &lt; / RTI &gt;

본 발명자들은 Oct4의 DE 또는 PE 중 어느 하나의 조절하에서, GFP 및 RFP를 발현하는 이중 형질전환 마우스를 각각 제작하였다. O4-DE-GFP 마우스는 원래 OG2로 명명된 Oct4-ΔPE-GFP 이식유전자를 가지고 있고, O4-PE-RFP 마우스는 Oct4-ΔDE-RFP 이식유전자를 가지고 있다(도 1A). O4-PE-RFP 마우스는 동형접합 O4-DE-GFP 마우스와 교배시켰고, 그 후 O4-DE-GFP+/-/O4-PE-RFP+/+ 이중 형질전환 마우스를 얻었다(도 1A). O4-DE-GFP+/-/O4-PE-RFP+/+ 수컷 마우스와 야생형 암컷 마우스의 교배를 통해 O4-DE-GFP+/-/O4-PE-RFP+/- 배아를 얻었다. 2-세포 단계 배아는 GFP 또는 RFP를 모두 발현하지 않았는데(도 1B), 이 단계에서는 접합 유전체가 활성화되지 않는다는 사실과 일치한다. GFP는 8-세포 배아에서 처음으로 검출되었고, 배반포(blastocyst) 단계의 내세포집단(inner cell mass; ICM)에서 강하게 발현된 반면, RFP는 배반포 단계에서는 검출되지 않았는데(도 1B), 이는 착상 전 배아에서는 Oct4의 발현에 PE가 불필요하다는 것을 나타낸다. The present inventors produced double transgenic mice expressing GFP and RFP under the control of either DE or PE of Oct4 . The O4-DE-GFP mouse originally has the Oct4- DELTA PE-GFP transgene named OG2 and the O4-PE-RFP mouse has the Oct4- DELTA DE-RFP transgene (Figure 1A). O4-PE-RFP mice were crossed with homozygous O4-DE-GFP mice and then O4-DE-GFP +/- / O4-PE-RFP + / + double transgenic mice were obtained (Figure 1A). O4-DE-GFP +/- / O4 -PE-RFP + / + O4-DE-GFP through the mating of male mice and wild-type female mice +/- / O4-PE-RFP +/- gained embryos. 2-cell stage embryos did not express both GFP or RFP (Fig. 1B), consistent with the fact that the junctional genome is not activated at this stage. GFP was first detected in 8-cell embryos and was strongly expressed in the inner cell mass (ICM) of the blastocyst stage, whereas RFP was not detected in the blastocyst stage (FIG. 1B) Indicating that PE is unnecessary in the expression of Oct4 in the embryo.

다음으로, 본 발명자들은 착상 후 단계(6.5 dpc ~ 13.5 dpc)에서의 O4-DE-GFP 및 O4-PE-RFP의 발현을 확인하였다. 6.5 dpc 낭배외피세포(epiblast)는 GFP 및 RFP를 모두 발현하였다(도 1C). 7.25 dpc에서는 GFP 신호의 세기는 감소하였지만, RFP 신호는 낭배외피세포에서 강하게 남아있었다(도 1D). 원시생식세포(Primordial germ cells; PGCs)는 이 단계에서는 구별할 수 없다. 하지만, 8.5 dpc에서 GFP-양성 세포는 PGCs가 클러스터를 형성하는 배아의 뒷부분에 위치하였고, 생식 융기(genital ridge)로 이동하기 시작하였다(도 1E). 9.5 dpc에서는 GFP-양성 세포가 후장(hindgut) 부위에서 검출되었다(도 1F). RFP-양성 세포는 체세포로부터 사라졌으나, 후장 부위의 몇몇 세포에서는 RFP 및 GFP를 모두 발현하였는데(약 34.7%), 이는 9.5 dpc에서 이동성 PGCs가 2개의 개체군, GFP+ 및 GFP+/RFP+ 세포로 나뉠 수 있다는 것을 나타낸다. 10.5 dpc 단계에서는 생식 융기(genital ridge)로 가까워질수록 대부분의 PGCs가 Oct4- GFP 및 RFP를 모두 발현하였다(도 1G). 이는 또한 PGCs가 생식선에 도달하여 증식한 경우도 마찬가지였다(13.5 dpc; 도 1H).Next, the present inventors confirmed the expression of O4-DE-GFP and O4-PE-RFP at the post-implantation stage (6.5 dpc to 13.5 dpc). 6.5 dpc epidermal cells (epiblast) expressed both GFP and RFP (Fig. 1C). At 7.25 dpc, the intensity of the GFP signal was reduced, but the RFP signal remained intact in the cyst epithelial cells (Fig. 1D). Primordial germ cells (PGCs) can not be distinguished at this stage. However, at 8.5 dpc, GFP-positive cells were located behind the embryos in which PGCs clustered and began to migrate to the genital ridge (Fig. 1E). At 9.5 dpc, GFP-positive cells were detected in the hindgut region (Fig. 1F). RFP-positive cells disappeared from somatic cells, but some of the cells in the retroperitoneal area expressed both RFP and GFP (about 34.7%), suggesting that migrating PGCs at 9.5 dpc were expressed in two populations, GFP + and GFP + / RFP + Indicating that it can be divided. At the 10.5 dpc stage, most of the PGCs expressed Oct4 -GFP and RFP as they got closer to the genital ridge (Fig. 1G). This was also the case when PGCs reached the gonads and proliferated (13.5 dpc; Fig. 1H).

유사분열이 정지된 전-정원세포(prospermatogonia) 및 타입 A 정원세포(type A spermatogonia)에서는 Oct4가 발현되지만, 성체 고환의 타입 B 정원세포(type B spermatogonia) 및 정모세포(spermatocytes)에서는 하향조절되는 것으로 나타났다. GFP 및 RFP의 발현은 7 dpp에 수컷 형질전환 고환의 정세관(seminiferous tubules)에서 검출되었다(도 1I). 흥미롭게도, GFP+ 및 RFP+ 세포는 4주령 성체 수컷 마우스 고환에서 검출되었으나, GFP+ 세포는 오직 정세관(seminiferous tubules)의 주변 (기저막 근처)에 위치하였고, RFP+ 세포는 정세관(seminiferous tubules) 중심에서 검출되었다(도 1J). 면역조직화학 분석 결과, GFP+ 세포는 정세관 주변(타입 A 정원세포 적소(niche))에 존재하고, RFP+ 세포는 정세관의 루멘(분화된 생식세포 적소) 근처에서 검출되는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 전-감수분열 단계(7 dpp)에서 타입 A 정원세포가 Oct4를 발현하기 위해서 DE 및 PE를 모두 사용할 수 있지만, 4주령 마우스 성체 고환의 타입 A 정원세포에서는 오직 DE만이 Oct4 발현을 작동시킬 수 있다는 것을 나타낸다. 또한, 루멘 근처에 위치한 분화예정(Committed) 생식세포도 PE에 의해 조절되는 Oct4를 발현하였다. Oct4 is expressed in prospermatogonia and type A spermatogonia where mitosis is stopped, but downregulated in type B spermatogonia and spermatocytes of adult testis Respectively. Expression of GFP and RFP was detected in seminiferous tubules of male transgenic testes at 7 dpp (Fig. 1I). Interestingly, GFP + and RFP + cells were detected in 4-week-old adult male mouse testes, whereas GFP + cells were located only around the seminiferous tubules (near basement membrane) and RFP + cells were seminiferous tubules ) (Fig. 1J). Immunohistochemical analysis revealed that GFP + cells were present around the tubules (type A garden niche) and RFP + cells were detected near the lumen of the tubule (differentiated germ cell site). These results are ex-works meiosis stage DE, and in, but the PE can use all four weeks old mouse type A spermatogonia of the adult testis, only DE Oct4 expression to express a type A spermatogonial cells Oct4 in (7 dpp) . Committed germ cells located near the lumen also expressed PE-regulated Oct4 .

본 발명자들은 신경줄기세포(neural stem cells; NSCs)에서는 GFP 또는 RFP 어느 것도 검출할 수 없었는데(도 1K), 이는 본 발명의 형질전환 시스템이 PSCs 및 생식세포에 특이적이라는 것을 증명한다.
The present inventors could not detect either GFP or RFP in neural stem cells (NSCs) (Fig. 1K), demonstrating that the transformation system of the present invention is specific to PSCs and germ cells.

<< 실시예Example 2>  2> 이중형광Double fluorescence 형질전환  Transformation 배반포를A blastocyst 이용한 완전( Used full ( naivenaive ) 만능 배아줄기세포의 순수 개체군 유도Induction of pure populations of pluripotent embryonic stem cells

본 발명자들은 본 발명의 이중 형질전환 시스템을 이용하여 배아줄기세포(ESCs)의 이질성을 입증하고, 완전(naive) 만능 배아줄기세포의 순수 개체군을 유도하고자 하였다. 배반포는 기존 마우스 ESC 배지(혈청+LIF)가 포함된 피더-레이어 용기 상에 접종되었다(도 2A 및 도 2B). 처음에는 배반포의 ICM에서 GFP만 발현되었으나, 3일 후 RFP도 발현되었다. ICM 파생물이 확장되면, GFP+RFP- 세포는 GFP+RFP+ 세포가 되었다(도 2B). 이러한 결과는 만능 ESC 유도에 배반포 특이성이 요구된다는 이전 보고를 뒷받침하는 것이다. 2개의 다른 ESC 개체군을 혈청+LIF 배지에서 배양하였다(GFP+RFP- 및 GFP+RFP+; 도 2C). 완전(naive) PSCs로 추정되는 GFP+RFP- 세포는 개체군의 오직 45%만으로 구성되었고, GFP+RFP+ 세포는 개체군의 55%로 구성되었으며(도 2D), GFP-RFP+ 세포는 관측되지 않았다. GFP+RFP- 세포를 모아 혈청+LIF 배지에서 재배양하였을 때, 10회 계대 후 세포의 약 82.9%가 GFP+RFP+ 세포로 되돌아갔다(도 2E). 반대로, GFP+RFP+ 세포를 모아 혈청+LIF 배지에서 배양하였을 때, 10회 계대 후 세포의 약 3.7%가 GFP+RFP- 세포로 전환되었다(도 2E). 이러한 결과는 혈청+LIF 배지에서 ESCs가 이질성이 있다는 것을 증명하고, 이들은 호환성 있는 2개의 세포 형태를 가진 개체군을 포함한다는 것을 나타낸다. 상기 GFP+RFP+ 및 GFP+RFP- 세포 개체군은 Oct4-ΔPE-GFP 단일-형질전환 시스템을 이용해서는 구별할 수 없다.The present inventors have tried to demonstrate the heterogeneity of embryonic stem cells (ESCs) using the dual transfection system of the present invention and to derive a pure population of naive pluripotent embryonic stem cells. The blastocysts were inoculated on a feeder-layer vessel containing conventional mouse ESC medium (serum + LIF) (FIG. 2A and FIG. 2B). Initially, only GFP was expressed in ICM of blastocysts, but RFP was also expressed after 3 days. GFP + RFP - cells became GFP + RFP + cells when the ICM outgrowth expanded (FIG. 2B). These results support previous reports that bladder specificity is required for induction of universal ESC. Two other populations were cultured in serum ESC medium + LIF (GFP + RFP - and GFP + RFP +; Fig. 2C). GFP + RFP putative full (naive) PSCs - cells were composed only of only 45% of the population, GFP + RFP + cells were composed of 55% of the population (Fig. 2D), GFP - RFP + cells was observed . When GFP + RFP - cells were collected and re-grown in serum + LIF medium, about 82.9% of the cells returned to GFP + RFP + cells after 10 passages (FIG. 2E). In contrast, GFP + RFP + cells collected serum + LIF when cultured in a culture medium, after passage 10 about 3.7% of the GFP + cells of RFP-was converted to cells (Fig. 2E). These results demonstrate that ESCs are heterogeneous in serum + LIF medium, indicating that they contain populations with two compatible cell types. The GFP + RFP + and GFP + RFP - cell populations are indistinguishable using the Oct4 -ΔPE-GFP single-transduction system.

다음으로, 본 발명자들은 2개의 억제제(2i), ERK1/2 (PD184352) 및 GSK3 (CHIR99021)를 혈청+LIF 배지에 첨가하여 배양 조건을 변형시켰다. 혈청+LIF+2i 조건 하에서, 오직 49.5%의 세포만 GFP+RFP-이고, 50.5%는 GFP+RFP+이었다(도 2F 및 도 2G). GFP+RFP- 세포를 모아 혈청+LIF+2i 조건 하에서 10회 계대하여 배양하면, 12.5%가 GFP+RFP+가 되었다(도 2H, 왼쪽 패널). 반대로, GFP+RFP+ 세포를 모아 배양하면 GFP+RFP+ 세포로 전환되었는데(58.6%), 상기 비율은 혈청+LIF 배양 조건에서 관측된 것보다 더 높았다(도 2H, 오른쪽 패널). 이러한 결과는 혈청+LIF+2i 배양 조건이 GFP+RFP- 세포의 유지에 불충분하다는 것을 나타낸다. 즉, ESCs는 혈청을 포함한 배지에서 준안정적이고, GFP+RFP- 및 GFP+RFP+ 세포 사이에 호환성이 있다는 것을 나타낸다. 다음으로, 마우스 ESCs는 ERK1/2 인산화 수준이 상승되는 것으로 나타나므로, 본 발명자들은 혈청 함유 배지로부터 혈청을 제거하였다. LIF20-22와 함께 2i가 첨가된 무혈청 ESC 배양 배지(N2B27 medium)를 ESC 배양에 사용되었다. ESCs(혈청+LIF 배양 유래)를 N2B27+LIF+2i 배지로 옮겼다. N2B27+LIF+2i 배지로 옮긴 후 2일째(도 2I), 대부분의 GFP+RFP+ 세포가 GFP+RFP- 세포로 전환되었다(96.5%; 도 2J). 좀 더 배양하면, 거의 모든 세포가 GFP+RFP- 세포로 유지되었다(99%; 도 2K). 다음으로, ESCs(N2B27+LIF+2i 배지 유래)를 혈청+LIF 배지로 옮겼다. 배양 2일째, 거의 모든 GFP+RFP- 세포가 GFP+RFP+ 세포로 전환되었다(90.7%; 도 2L). 즉, 무혈청 배양 조건은 완전(naive) PSCs의 순수 개체군을 배양하는데 필수적이다. Oct4-ΔPE-GFP 및 Oct4-ΔDE-RFP의 발현이 완전(naive) 및 준(primed) PSC 상태에서 정확하게 나타나는지 확인하기 위해서, 본 발명자들은 마이크로어레이 분석을 통하여, GFP+RFP- 및 GFP+RFP+ 세포의 전체 유전자 발현 패턴을 비교하였다. N2B27+LIF+2i (2i-GFP+RFP-)에서 배양된 GFP+RFP- 세포의 유전자 발현 프로파일은 혈청+LIF에서 배양된 GFP+RFP- 세포와 달랐다(도 3A). 계층적 클러스터링(hierarchical clustering), 다차원척도법(multidimensional scaling; MDS) 플랏 및 쌍별 산포도 분석(pairwise scatter plot analyses)은 GFP+RFP- 세포의 유전자 발현 패턴이 2i-GFP+RFP- 세포보다 GFP+RFP+ 세포와 더 유사하다는 것을 나타냈다(도 3B 내지 도 3F). GFP+RFP- 및 GFP+RFP+ 세포에서 차등적으로 발현되는 유전자는 생식선 발달과 크게 관련되어 있다. GFP+RFP- 세포는 Wnt3a, Rhox5, Rhox6, Rhox9, Nanos3, 및 Tcfap2c를 많이 발현하였다(도 3G). 본 발명자들은 GFP+RFP- 세포에 대한 2i-GFP+RFP- 세포에서 249개의 유전자들이 상향조절되었고, 446개의 유전자들이 하향조절되었다는 것을 확인하였다. Pou5f1 (Oct4), Nanog, Zfp42 (Rex1), Esrrb, Sall4, 및 Lin28와 같은 만능성 인자들의 발현 수준은 2i-GFP+RFP-, GFP+RFP- 및 GFP+RFP+ 세포에서 거의 동일하였다(도 3H). 하지만, 완전(naive) 만능성 마커인, Klf4, Tcl1Tbx3은 GFP+RFP- 및 GFP+RFP+ 세포에서보다 2i-GFP+RFP- 세포에서 더 많이 발현되었다. 반대로, Dnmt3b, brachyury (T), Otx2Fgf5와 같은 분화 관련 유전자는 2i-GFP+RFP- 세포보다 GFP+RFP- 및 GFP+RFP+ 세포에서 더 크게 상향조절되었다. 상기 유전자 발현 패턴은 정량적 RT-PCR (qRT-PCR) 분석을 통해 더욱 확인되었다(도 3I). 이러한 결과는 혈청+LIF 배양 조건 하에서의 GFP+RFP- 세포가 (생식세포 마커들의 높은 발현과 같은) 더 완전한(naive) 특성을 나타내지만, 이들은 준안정적 상태이고, GFP+RFP+ 세포로 쉽게 전환된다는 것을 나타낸다. 2i-GFP+RFP- 세포가 혈청이 포함된 배지에서 배양된 GFP+RFP- 세포와는 다르고, 더 많은 수의 완전(naive) 만능성 마커들을 발현하는 것으로 밝혀졌으므로, 안정적인 완전(naive) PSCs는 오직 무혈청 N2B27+LIF+2i 배지에서만 유지될 수 있었다.
Next, we modified the culture conditions by adding two inhibitors (2i), ERK1 / 2 (PD184352) and GSK3 (CHIR99021) to serum + LIF medium. Under serum + LIF + 2i conditions, only 49.5% of the cells were GFP + RFP - and 50.5% were GFP + RFP + (FIGS. 2F and 2G). When GFP + RFP - cells were collected and cultured for 10 times under serum + LIF + 2i conditions, 12.5% became GFP + RFP + (Fig. 2H, left panel). Conversely, when GFP + RFP + cells were collected and cultured, they were converted to GFP + RFP + cells (58.6%), which was higher than that observed in serum + LIF culture conditions (FIG. 2H, right panel). These results indicate that serum + LIF + 2i culture conditions are insufficient to maintain GFP + RFP - cells. That is, ESCs are metastable in medium containing serum and are compatible between GFP + RFP - and GFP + RFP + cells. Next, mouse ESCs were shown to have elevated ERK1 / 2 phosphorylation levels, so we removed serum from the serum containing medium. Serum free ESC culture medium (N2B27 medium) supplemented with 2i with LIF20-22 was used for ESC culture. ESCs (from serum + LIF culture) were transferred to N2B27 + LIF + 2i medium. N2B27 + LIF + 2i move it to the culture medium on the second day (FIG. 2I), most of the GFP + RFP + GFP + cells RFP - was converted to cells (96.5%; Fig. 2J). When cultured further, almost all cells were maintained as GFP + RFP - cells (99%; Fig. 2K). Next, ESCs (derived from N2B27 + LIF + 2i medium) were transferred to serum + LIF medium. On day 2 of culture, almost all GFP + RFP - cells were converted to GFP + RFP + cells (90.7%; Fig. 2L). That is, serum-free culture conditions are essential for culturing a pure population of naive PSCs. In order to confirm that the expression of Oct4- DELTA PD-GFP and Oct4- DELTA DE-RFP appears correctly in the naive and primed PSC states, we used GFP + RFP - and GFP + RFP + The total gene expression patterns of the cells were compared. N2B27 + LIF + 2i (2i- GFP + RFP -) of GFP + RFP cultured in-gene expression profile of the cells it is cultured in serum-GFP + RFP + LIF-differed from the cells (Fig. 3A). Hierarchical clustering (hierarchical clustering), multi-dimensional scaling (multidimensional scaling; MDS) plot and ssangbyeol scatter analysis (pairwise scatter plot analyses) are GFP + RFP-GFP + RFP + than cell-gene expression patterns 2i-GFP + RFP of cells Lt; / RTI &gt; cells (Figures 3B-3F). Differentially expressed genes in GFP + RFP - and GFP + RFP + cells are strongly associated with gonadal development. GFP + RFP - cells expressed Wnt3a , Rhox5 , Rhox6 , Rhox9 , Nanos3 , and Tcfap2c (Fig. 3G). The present inventors have found that GFP + RFP - it was confirmed that 249 genes were up-regulated in the cells and 446 genes that were down-regulated cell-2i-GFP + RFP on. Pou5f1 ( Oct4 ), Nanog , Zfp42 (Rex1), Esrrb, Sall4, and the expression level of all-purpose property such factors as the Lin28 is 2i-GFP + RFP -, GFP + RFP - and GFP + RFP + (Fig. 3H) were almost same in the cell. However, complete (naive) is a universal markers, Klf4, Tcl1 and Tbx3 the GFP + RFP - was expressed in more cells - and GFP + RFP + cells than in the 2i-GFP + RFP. Conversely, Dnmt3b , brachyury (T), differentiation associated gene, such as Otx2 and Fgf5 is 2i-GFP + RFP - cells than GFP + RFP - and in GFP + RFP + cells was more significantly upregulate. The gene expression pattern was further confirmed by quantitative RT-PCR (qRT-PCR) analysis (Fig. 3I). These results indicate that GFP + RFP - cells under the serum + LIF culture conditions exhibit more naive properties (such as high expression of reproductive cell markers), but they are metastable and readily convert to GFP + RFP + cells . 2i-GFP + RFP-cells are GFP + RFP cultured in containing a serum-free medium - different and is a cell, jyeoteumeuro found to express a larger number of full (naive) all-round markers, the stable full (naive) PSCs are But only in serum-free N2B27 + LIF + 2i medium.

<< 실시예Example 3> 준( 3> Zune primedprimed ) ) PSCsPSCs 를 대표하는 Representative of GFPGFP -- RFPRFP ++ 세포 cell

본 발명자들은 이중 형질전환 시스템을 이용하여 준(primed) PSCs의 순수 개체군을 확인하고자 하였다. O4-DE-GFP+/-/O4-PE-RFP+/- 낭배외피세포로부터의 EpiSC 유도 과정 중, GFP의 초기 발현은 감소하였고, RFP+ 세포만 확장되었다. 다음으로, 본 발명자들은 GFP+RFP+ ESCs를 GFP-RFP+ EpiSC-유사 세포(EpiLCs)로 분화시키고자 하였다. GFP+RFP+ ESCs는 형태학적으로 GFP-RFP+ 세포인 납작한 콜로니를 형성하는 것으로 변하였다(도 4A). 열지도 및 계층적 클러스터링(hierarchical clustering) 분석 결과, GFP-RFP+ 세포의 유전자 발현 패턴은 ESCs 보다 EpiSCs와 더 유사한 것으로 나타났다(도 4B 및 도 4C). MDS 플랏 및 산포도 분석 결과, GFP-RFP+ 세포는 2i-GFP+, GFP+RFP- 또는 GFP+RFP+ 세포보다 EpiSCs와 더 유사했다(도 4D 내지 도 4G). 이러한 결과는 DE에서 PE로의 증폭 활성의 전이가 완전(naive)에서 준(primed) 만능 상태로의 전환과 유사하다는 것을 나타낸다. 다음으로, 본 발명자들은 GFP-RFP+ EpiLCs에서 코어 만능성, 완전(naive) 만능성 및 분화 관련 유전자들의 발현을 확인하였다(도 4H). Oct4 Nanog는 EpiLCs, EpiSCs 및 모든 ESC 세포주에서 높게 발현되었다(도 4H). 하지만, GFP-RFP+ EpiLCs는 매우 낮은 수준의 완전(naive) 만능성 관련 유전자 Klf2, Klf4, Klf5, Dppa3, Dppa4, Zfp42, Tbx3Tcl1을 발현하였는데, 이는 EpiSCs에서도 낮게 발현되었다. 하지만, 분화 관련 유전자인 Krt18, Fgf5, Fgf8, Otx2, T (brachyury) 및 Nestin은 GFP-RFP+ EpiLCs 및 EpiSCs에서 높게 발현되었다. qRT-PCR 분석 결과, GFP-RFP+ EpiLCs 및 EpiSCs에서 코어 만능성 유전자 (Oct4 Nanog) 및 EpiSC 마커 (T Fgf5)의 높은 발현과, Sox2, Klf2Klf4의 낮은 발현이 확인되었다(도 4I). 이러한 결과는 형태학 및 유전자 발현 프로파일에 있어서 GFP-RFP+ EpiLCs가 EpiSCs와 유사하다는 것을 나타낸다.The present inventors have attempted to identify pure populations of primed PSCs using a dual transfection system. During EpiSC induction from O4-DE-GFP +/- / O4-PE-RFP +/- cervical epithelial cells, early expression of GFP decreased and only RFP + cells expanded. Next, we sought to differentiate GFP + RFP + ESCs into GFP - RFP + EpiSC-like cells (EpiLCs). GFP + RFP + ESCs morphologically changed to form flat colonies of GFP - RFP + cells (Fig. 4A). Thermal mapping and hierarchical clustering analysis showed that gene expression patterns of GFP - RFP + cells were more similar to EpiSCs than ESCs (FIGS. 4B and 4C). MDS and scatter plot analysis, GFP - RFP + cells 2i-GFP +, GFP + RFP - + RFP or GFP + cells were more similar than EpiSCs (Fig. 4D through 4G). These results indicate that the transfer of amplification activity from DE to PE is similar to the transition from the naive to the primed universal state. Next, we confirmed the expression of core universal, naive, universal and differentiation related genes in GFP - RFP + EpiLCs (FIG. 4H). Oct4 And Nanog were highly expressed in EpiLCs, EpiSCs and all ESC cell lines (Fig. 4H). However, GFP - RFP + EpiLCs were the expression of a very low level of perfection (naive) universal sex-related genes Klf2, Klf4, Klf5, Dppa3, Dppa4, Zfp42, Tbx3 and Tcl1, which was expressed at low EpiSCs. However, the differentiation related genes Krt18 , Fgf5 , Fgf8 , Otx2 , T ( brachyury ) and Nestin were highly expressed in GFP - RFP + EpiLCs and EpiSCs. qRT-PCR analysis revealed that the core universal gene ( Oct4) in GFP - RFP + EpiLCs and EpiSCs And Nanog) and EpiSC markers (high expression, and low expression of Sox2, Klf4 and Klf2 of T and Fgf5) was observed (Fig. 4I). These results indicate that GFP - RFP + EpiLCs are similar to EpiSCs in morphology and gene expression profiles.

다음으로, 본 발명자들은 GFP+RFP-, GFP+RFP+, 2i-GFP+RFP- 및 GFP-RFP+ EpiLCs에서, Nanog, Stella (Dppa3) 및 Dppa5 프로모터 영역의 DNA 메틸화 상태를 조사하였다(도 4J 내지 도 4L). Nanog 프로모터 영역은 모든 샘플에서 저메틸화되어 있었다(도 4J). 하지만, Stella Dppa5의 프로모터 영역은 GFP-RFP+ EpiLCs에서 과메틸화되어 있었다(도 4K 및 도 4L). LINE1 영역은 GFP+ 세포(GFP+RFP-, GFP+RFP+ 및 2i-GFP+RFP-) 보다 GFP-RFP+ EpiLCs에서 더 과메틸화되어 있었다(도 4M). IAP 영역은 GFP+RFP- 및 2i-GFP+RFP- 세포보다 RFP+ 세포(GFP+RFP+ 및 GFP-RFP+ EpiLCs)에서 더 메틸화되어 있었다(도 4N). 종합하면, 이러한 결과들은 O4-PE-RFP+ 리포터가 적용가능한 준(primed) PSC 마커라는 것을 나타낸다.Next, the present inventors have found that GFP + RFP -, GFP + RFP +, 2i-GFP + RFP - and GFP - in RFP + EpiLCs, Nanog, Stella ( Dppa3 ) and the Dppa5 promoter region were examined (Fig. 4J to Fig. 4L). Nanog The promoter region was hypomethylated in all samples (Figure 4J). However, Stella And the promoter region of the GFP Dppa5 - was methylated as in RFP + EpiLCs (Fig. 4K and 4L). LINE1 Region GFP + cells (GFP + RFP -, GFP + RFP + and GFP + 2i-RFP -) than GFP - were more methylated in the RFP + EpiLCs (FIG. 4M). IAP Region GFP + RFP - and 2i-GFP + RFP - cells than RFP + cells (GFP + RFP + and GFP - RFP + EpiLCs) were more methylated (Fig. 4N). Taken together, these results indicate that the O4-PE-RFP + reporter is a applicable primed PSC marker.

다음으로, GFP-RFP+ EpiLCs 뿐만 아니라 GFP+RFP-, GFP+RFP+ 세포를 야생형 8-세포 배아로 응집시켰고, 배반포 단계까지 배양하였다. GFP+RFP- 및 GFP+RFP+ 세포는 배반포의 ICM 내에 효과적으로 주입되었다(도 6A 및 도 6B). 흥미롭게도, 응집 하루 후에, 주입된 GFP+RFP- 세포는 GFP+RFP+ 세포와 유사하게 RFP를 동시-발현시켰다(도 5A). GFP+RFP- 및 GFP+RFP+ 세포의 응집 효율은 각각 91.1% (41/45) 및 93.3% (42/45)로 차이가 크지 않았다(도 5B). 하지만, 모든 GFP-RFP+ EpiLCs는 배반포의 ICM으로 주입되는데 기본적으로 실패하여, 응집 효율은 0%(0/27)였다. RFP+ 세포가 단일 응집된 배아는 관찰되었으나, GFP-RFP+ 세포는 ICM에서 확인되지 않았다(도 5A 및 도 5B). 이러한 결과는 GFP+ 세포는 완전(naive) 만능성의 특징을 나타내고, GFP-RFP+ EpiLCs는 준(primed) 만능성-유사 EpiSCs의 특징을 나타낸다는 것을 보여준다.
Next, GFP - RFP + EpiLCs as well as GFP + RFP - sikyeotgo the aggregation, GFP + RFP + cells with the wild-type 8-cell embryos were cultured to the blastocyst stage. GFP + RFP - RFP + and GFP + cells were effectively introduced into the ICM of a blastocyst (Fig. 6A and Fig. 6B). Interestingly, after aggregation day, it injected GFP + RFP-RFP cells are simultaneously analogy GFP + RFP + cells was expressed (Fig. 5A). The aggregation efficiencies of GFP + RFP - and GFP + RFP + cells were 91.1% (41/45) and 93.3% (42/45), respectively (FIG. However, all GFP - RFP + EpiLCs failed to inject into the blastocyst ICM and the coagulation efficiency was 0% (0/27). Single agglutinated embryos of RFP + cells were observed, but GFP - RFP + cells were not identified in ICM (FIG. 5A and FIG. 5B). These results show that GFP + cells exhibit the characteristics of naive universality and that GFP - RFP + EpiLCs characterize primed universal-like EpiSCs.

<< 실시예Example 4> 완전( 4> complete naivenaive ) 및 준() And semi- primedprimed ) ) PSCsPSCs 에서 in DEDE  And PEPE 인자의 Argumentative 후생유전학적 상태Welfare genetic status

최근 연구에 따르면, 히스톤 변형이 인헨서(enhancers)의 활성과 밀접하게 관련되어 있다고 보고하였다. 히스톤 H3 리신 27(histone H3 lysine 27; H3K27)의 아세틸화는 활성 인헨서의 표지자이고, H3K27의 탈아세틸화는 유전자 발현 감소 또는 준비된 인헨서(poised enhancer)와 관련되어 있다. 또한, H3K27me3 및 H3K9me3는 준비된 인헨서(poised enhancer)의 표시로서 제안되고 있다. 이에 본 발명자들은 Chip-qPCR 분석을 이용하여, 2i-GFP+, GFP+RFP-, GFP+RFP+ 및 GFP-RFP+ 세포에서 H3K27ac, H3K27me3 및 H3K9me3의 크로마틴 농축 상태를 조사하였다(도 6A). H3K27ac는 모든 Oct4-발현 세포, 완전(naive)(2i-GFP+), 준안정성(GFP+RFP- 및 GFP+RFP+) 및 준(primed) PSCs(GFP-RFP+)에서 Oct4의 DE 및 PE 상에 높게 농축되었다(도 6A). 준비된 인헨서(poised enhancer) 표시, H3K27me3 및 H3K9me3은 2i-GFP+ 세포에서 DE 보다는 PE 상에 더 농축되었다. 준안정성 세포(GFP+RFP- 및 GFP+RFP+)에 있어서 PE 상 H3K27me3의 수준은 DE 보다 약간 더 높았으나, DE 및 PE 상 H3K9me3의 수준은 크게 다르지 않았다. 따라서, 준안정성 상태에서 후생유전학적 표시는 변동이 심할 것으로 보이고, PE 및 DE의 활성은 히스톤 표시에 의해 구별할 수 없다. 준(primed) 만능 GFP-RFP+ 세포에서, H3K9me3은 PE 보다 DE 상에 더 농축된 반면, H3K27me3의 수준은 다르지 않았다. 이러한 결과는 PE 상 H3K9me3 및 H3K27me3이 농축되면 완전(naive) 만능 상태를 나타내고, DE 상 H3K9me3가 농축되면 준(primed) 만능 상태를 나타낸다는 것을 보여준다. DNA 메틸화 및 히스톤 변형 모두 유전자 발현을 조절하고, 서로에게 영향을 미치므로, 본 발명자들은 Oct4 조절인자의 DNA 메틸화 패턴을 조사하였다. Oct4의 DE, PE 및 PP의 DNA 메틸화 상태를 바이설페이트 DNA 서열 분석을 통해 분석하였다(도 6B). Oct4의 DE, PE 및 PP는 완전(naive) PSCs (2i-GFP+), GFP+RFP- 및 GFP+RFP+ 세포에서는 완전히 비메틸화되었다. 하지만, 준(primed) PSCs (GFP-RFP+)는 Oct4의 DE에서 상대적으로 과메틸화된 패턴을 나타냈는데, 이는 준(primed) PSCs에서 Oct4의 DE가 H3K9me3 뿐만 아니라 DNA 메틸화에 의해 조절된다는 것을 나타낸다(도 6C 및 도 6D).
Recent studies have shown that histone modification is closely related to the activity of enhancers. Acetylation of histone H3 lysine 27 (histone H3 lysine 27; H3K27) is a marker of the active inhibitor, and deacetylation of H3K27 is associated with reduced gene expression or a poised enhancer. In addition, H3K27me3 and H3K9me3 have been proposed as an indication of a prepared enhancer. The present inventors have found that by using a Chip-qPCR analysis, 2i-GFP +, GFP + RFP - examined the chromatin concentrated state of H3K27ac, H3K27me3 and H3K9me3 from RFP + cells (FIG. 6A) -, GFP + RFP + and GFP . H3K27ac all Oct4 - expressing cells, full (naive) (2i-GFP + ), metastability (GFP + RFP - and GFP + RFP +) and gave (primed) PSCs - of Oct4 in (GFP RFP +) DE and PE (Fig. 6A). The prepared poised enhancer markers, H3K27me3 and H3K9me3, were further enriched on PE rather than DE in 2i-GFP + cells. The levels of H3K27me3 on PE in metastable cells (GFP + RFP - and GFP + RFP + ) were slightly higher than DE, but the levels of H3K9me3 on DE and PE were not significantly different. Thus, the welfare genetic markers are likely to be highly variable in the metastable state, and the activity of PE and DE can not be distinguished by the histone mark. In primed universal GFP - RFP + cells, H3K9me3 was more enriched on DE than on PE, while levels of H3K27me3 were not different. These results show that the PE on H3K9me3 and H3K27me3 show a naive all-around state when enriched and a primed all-around state on enrichment of DE on H3K9me3. Since DNA methylation and histone modification both regulate gene expression and influence each other, the inventors Oct4 DNA methylation patterns of regulators were examined. The DNA methylation status of DE, PE and PP of Oct4 was analyzed by bisulfate DNA sequencing (Fig. 6B). Of Oct4 DE, PE and PP is complete (naive) PSCs (2i-GFP +), GFP + RFP - the RFP + and GFP + cells was completely non methylated. However, gave (primed) PSCs (GFP - RFP +) is naetneunde receive a relatively Methylation patterns at the Oct4 DE, which indicates that gave (primed) PSCs of Oct4 DE, as well as the H3K9me3 in that controlled by the DNA methylation (Figs. 6C and 6D).

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that such specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereby. something to do. It is therefore intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto and their equivalents.

Claims (7)

O4-DE-GFP 마우스와 O4-PE-RFP 마우스를 교배하여 이중 형광마커 형질전환 마우스를 제조하는 방법. O4-DE-GFP mouse and an O4-PE-RFP mouse to prepare a double fluorescent marker transgenic mouse. 제1항에 있어서, 상기 O4-PE-RFP 마우스는 Oct4 유전자의 원위 인헨서(the distal enhancer; DE) 부위가 결손되고, 근위 인헨서(the proximal enhancer; PE)의 조절을 받아 적색형광단백질(red fluorescent protein; RFP)를 리포터 단백질로 발현하는 마우스인 것을 특징으로 하는 이중 형광마커 형질전환 마우스를 제조하는 방법. The O4-PE-RFP mouse according to claim 1, wherein the O4-PE-RFP mouse lacks the distal enhancer (DE) site of the Oct4 gene and is regulated by the proximal enhancer (PE) red fluorescent protein (RFP) as a reporter protein. Oct4 유전자의 원위 인헨서(the distal enhancer; DE)의 조절을 받아 녹색형광단백질(green fluorescent protein; GFP)을 발현하거나, Oct4 유전자의 근위 인헨서(the proximal enhancer; PE)의 조절을 받아 적색형광단백질(red fluorescent protein; RFP)을 발현하는 이중 형광마커 형질전환 마우스.The expression of the green fluorescent protein (GFP) under the control of the distal enhancer (DE) at the distal end of the Oct4 gene or the regulation of the proximal enhancer (PE) Dual fluorescent marker transgenic mice expressing red fluorescent protein (RFP). 제3항에 따른 이중 형광마커 형질전환 마우스의 줄기세포가 발현하는 RFP 또는 GFP의 발광 정도를 측정하는 단계를 포함하는 만능줄기세포(pluripotent stem cells; PSCs) 구별방법.A method for differentiating pluripotent stem cells (PSCs) comprising measuring the degree of luminescence of RFP or GFP expressing stem cells of a double fluorescent marker transfected mouse according to claim 3. 제4항에 있어서, 상기 만능줄기세포는 완전(naive) 만능줄기세포 또는 준(primed) 만능줄기세포인 것을 특징으로 하는 만능줄기세포 구별방법.5. The method according to claim 4, wherein the pluripotent stem cell is a naive pluripotent stem cell or a primed pluripotent stem cell. 제4항에 있어서, 상기 만능줄기세포 구별방법은 상기 이중 형광마커 형질전환 마우스 유래 배아줄기세포(embryonic stem cells; ESCs)가 GFP+RFP- 세포인 경우 완전(naive) 만능줄기세포라고 판단하는 것을 특징으로 하는 만능줄기세포 구별방법. [5] The method according to claim 4, wherein the embryonic stem cells (ESCs) derived from the double fluorescent marker transfected mouse are GFP + RFP - cells, which are considered to be naive pluripotent stem cells A method for distinguishing allogenic stem cells. 제4항에 있어서, 상기 만능줄기세포 구별방법은 상기 이중 형광마커 형질전환 마우스 유래 낭배외피줄기세포(epiblast stem cells; EpiSCs) 또는 배아줄기세포(embryonic stem cells; ESCs)에서 분화된 EpiSC-유사 세포가 GFP-RFP+ 세포인 경우 준(primed) 만능줄기세포라고 판단하는 것을 특징으로 하는 만능줄기세포 구별방법.
The method according to claim 4, wherein the pluripotent stem cell differentiation method comprises the step of culturing EpiSC-like cells differentiated from epiblast stem cells (EpiSCs) or embryonic stem cells (ESCs) Is a primed pluripotent stem cell when it is a GFP - RFP + cell.
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