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KR102454358B1 - Phf20을 억제하는 제제를 포함하는 근육 감소로 인한 질환의 예방 또는 치료용 조성물 - Google Patents

Phf20을 억제하는 제제를 포함하는 근육 감소로 인한 질환의 예방 또는 치료용 조성물 Download PDF

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KR102454358B1
KR102454358B1 KR1020200070987A KR20200070987A KR102454358B1 KR 102454358 B1 KR102454358 B1 KR 102454358B1 KR 1020200070987 A KR1020200070987 A KR 1020200070987A KR 20200070987 A KR20200070987 A KR 20200070987A KR 102454358 B1 KR102454358 B1 KR 102454358B1
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Abstract

본 발명은 근육 분화 메커니즘에서 PHF20(PHD finger protein 20)의 기능에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PHF20 유전자 발현 억제제 또는 PHF20 단백질 활성 억제제의 용도에 관한 것이다. 본 발명에 따른 PHF20 유전자 발현 억제제 또는 PHF20 단백질 활성 억제제는 시험관 내(in vitro) 및 생체 내(in vivo)에서 근육의 분화를 촉진시키는바, 근육 감소로 인한 질환의 예방, 개선 또는 치료 분야에서 다양하게 활용될 수 있다.

Description

PHF20을 억제하는 제제를 포함하는 근육 감소로 인한 질환의 예방 또는 치료용 조성물{Composition for prevention or treatment of disease caused by muscle loss comprising expression inhibitors of PHF20}
본 발명은 근육 분화 메커니즘에서 PHF20(PHD finger protein 20)의 기능에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PHF20 유전자 발현 억제제 또는 PHF20 단백질 활성 억제제의 용도에 관한 것이다.
골격근의 질량은 인체 체중의 40 내지 50%로, 신체에서 질량이 가장 큰 조직이다. 골격근의 발달은 myogenic lineage commitment, 근원세포의 증식 및 말단 분화를 포함하는 메커니즘이 요구된다. 근육 발생(myogenesis)의 과정은 신호 캐스케이드의 터미널 이펙터 역할을 하고, 적절한 발달 단계-특이적 전사체에 의해 조절된다. 분화 단계는 MyoD(myogenic differentiation marker) 패밀리, MEF2(myocyte enhancer factor-2) 패밀리 및 다른 전사인자를 포함하는 근육-특이적 전사 인자의 복잡한 네트워크에 의해 제어된다.
근육의 감소로 인해 발생되는 근육감소증(sarcopenia)은 주로 노화에 의한 근육의 감소로 인해 발병된다. 현재 우리나라뿐만 아니라 전세계적으로 고령화가 중요한 문제로 대두되고 있기 때문에, 근감소증에 대한 사회적 관심은 더욱 커지고 있다. 이를 반영하듯, 미국은 2016년 10월에 세계보건기구(WHO)의 질병분류체계에서 노인성 근감소증에 질병코드(M62.84)를 부여하였다. 하지만 현재까지 승인된 치료제는 전무하고, 개발 중인 약물도 타 질환에 비해 매우 적다. 특히, 미오스타틴-액티빈-폴리스타틴(myostatin-activin-follistatin) 시스템 및 안드로젠 수용체(androgen receptor)를 표적하는 대부분의 약물은 치료 효과가 크지 않거나 치명적인 부작용이 존재한다는 한계가 있는바, 근감소증의 치료 약물에 대한 연구가 필요한 실정이다.
Galvagni, Federico, Elena Cartocci, and Salvatore Oliviero. "The dystrophin promoter is negatively regulated by YY1 in undifferentiated muscle cells." Journal of Biological Chemistry 273.50 (1998): 33708-33713.
이에 본 발명자들은 근육 분화에서 PHF20의 메커니즘을 밝힘으로써, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은, PHF20(PHD finger protein 20) 유전자 발현 억제제 또는 PHF20 단백질 활성 억제제를 유효성분으로 포함하는, 근육 감소로 인한 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, PHF20 유전자 발현 억제제 또는 PHF20 단백질 활성 억제제; 또는 YY1 프로모터 활성 억제제;를 포함하는, 근육 감소로 인한 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, PHF20 유전자 발현 억제제 또는 PHF20 단백질 활성 억제제를 유효성분으로 포함하는, 근육 증대용 또는 근육 손실 저해용 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 PHF20(PHD finger protein 20) 유전자 발현 억제제 또는 PHF20 단백질 활성 억제제를 유효성분으로 포함하는 근육 감소로 인한 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 PHF20 유전자 발현 억제제 또는 PHF20 단백질 활성 억제제; 또는 YY1 프로모터 활성 억제제;를 포함하는, 근육 감소로 인한 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 PHF20 유전자 발현 억제제 또는 PHF20 단백질 활성 억제제를 유효성분으로 포함하는 근육 증대용 또는 근육 손실 저해용 건강기능식품 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 PHF20 유전자 발현 억제제 또는 PHF20 단백질 활성 억제제를 유효성분으로 포함하는 근육 증대용 또는 근육 손실 저해용 사료 첨가제 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 PHF20 유전자 발현 억제제 또는 PHF20 단백질 활성 억제제는 시험관 내(in vitro) 및 생체 내(in vivo)에서 근육의 분화를 촉진시키는바, 근육 감소로 인한 질환의 예방, 개선 또는 치료 분야에서 다양하게 활용될 수 있다.
도 1은 qRT-PCR을 통해 C2C12 세포의 근육 분화 동안 PHF20의 발현을 확인한 결과를 나타낸 도이다(Pre, 전근세포(premyocyte); D1-D5, 분화된 일 수에 따른 세포).
도 2는 웨스턴 블롯팅을 통해 C2C12 세포의 근육 분화 동안 PHF20 및 MyoD의 발현을 확인한 결과를 나타낸 도이다.
도 3은 qRT-PCR을 통해 C2C12 세포의 근육 분화 동안 YY1의 발현을 확인한 결과를 나타낸 도이다.
도 4는 웨스턴 블롯팅을 통해 C2C12 세포의 근육 분화 동안 YY1 및 MyoD의 발현을 확인한 결과를 나타낸 도이다.
도 5는 PHF20 발현이 C2C12 세포의 분화에 미치는 영향을 확인한 결과를 나타낸 도이다(-Doxy, 독시사이클린 미처리 세포; +Doxy, 독시사이클린 처리 세포). 보다 상세하게는, 도 5A는 C2C12 세포에서 독시사이클린 처리 여부에 따른 PHF20, YY1 및 MyoD의 단백질 발현을 분석한 결과이며, 도 5B는 C2C12 세포에서 독시사이클린 처리 여부에 따른 PHF20, YY1 및 MyoD의 mRNA 발현을 분석한 결과이다.
도 6은 면역화학염색 분석을 통해 PHF20의 발현이 근관 형성에 미치는 영향을 확인한 결과를 나타낸 도이다.
도 7은 웨스턴 블롯팅을 통해 PHF20의 발현 억제가 YY1 및 MyoD의 발현에 미치는 영향을 확인한 결과를 나타낸 도이다. 보다 상세하게는, 도 7A는 분화 전 C2C12 세포(Pre)의 결과이며, 도 7B는 1일 동안 분화된 근섬유의 결과이다.
도 8A는 웨스턴 블롯팅을 통해 독시사이클린의 처리농도에 따른 PHF20의 발현을 확인한 결과(상부 패널) 및 루시퍼라제 리포터 유전자 분석을 통해 상기 PHF20의 발현에 따른 YY1 프로모터의 활성을 확인한 결과(하부 패널)를 나타낸 도이다.
도 8B는 웨스턴 블롯팅을 통해 shRNA 형질감염에 따른 PHF20의 발현을 확인한 결과(상부 패널) 및 루시퍼라제 리포터 유전자 분석을 통해 상기 PHF20의 발현에 따른 YY1 프로모터의 활성을 확인한 결과(하부 패널)를 나타낸 도이다.
도 9A는 독시사이클린을 처리하지 않은 C2C12 세포에서 분화 기간에 따른 YY1 프로모터의 활성(상부 패널) 및 PHF2, YY1 및 MyoD의 발현(하부 패널)을 확인한 결과를 나타낸 도이다.
도 9B는 독시사이클린을 처리한 C2C12 세포에서 분화 기간에 따른 YY1 프로모터의 활성(상부 패널) 및 PHF2, YY1 및 MyoD의 발현(하부 패널)을 확인한 결과를 나타낸 도이다.
도 10은 염색질 면역침전 분석을 통해 PHF20이 YY1 프로모터를 조절하는 방식을 확인한 결과를 나타낸 도이다.
도 11은 웨스턴 블롯팅을 통해 C2C12 세포(Pre) 및 3일 동안 분화된 세포에서 YY1의 발현이 MyoD의 발현에 미치는 영향을 확인한 결과를 나타낸 도이다.
도 12는 면역화학염색 분석을 통해 1일 동안 분화된 C2C12 세포에서 YY1의 발현이 근관 형성에 미치는 영향을 확인한 결과를 나타낸 도이다.
도 13은 PHF20 트랜스제닉 마우스에서 PHF20, YY1 및 MHC의 발현을 웨스턴 블롯팅을 통해 확인한 결과를 나타낸 도이다(WT, 대조군; PHF20-TG, PHF20 트랜스제닉 마우스).
도 14는 PHF20 트랜스제닉 마우스의 체중 측정 결과(A) 및 대퇴근을 관찰한 결과(B)를 나타낸 도이다.
도 15는 조직학적 분석을 통해 PHF20 트랜스제닉 마우스의 비복근 조직을 관찰한 결과를 나타낸 도이다. 보다 상세하게는, 도 15A는 상기 비복근 조직의 횡단면을 관찰한 것이며, 도 15B는 종단면을 관찰한 결과이다.
도 16은 조직학적 분석을 통해 트랜스제닉 마우스의 비복근 조직의 횡단면을 추가 관찰한 결과를 나타낸 도이다.
도 17은 면역화학염색 분석을 통해 PHF20 트랜스제닉 마우스의 비복근 조직을 관찰한 결과를 나타낸 도이다. 보다 상세하게는, 도 17A는 상기 비복근 조직의 종단면을 관찰한 것이며, 도 17B는 횡단면을 관찰한 결과이다.
도 18은 PHF20의 발현이 근육 분화에 미치는 메커니즘을 나타낸 도이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 양태에 따르면, 본 발명은 PHF20(PHD finger protein 20) 유전자 발현 억제제 또는 PHF20 단백질 활성 억제제를 유효성분으로 포함하는 근육 감소로 인한 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다.
본 발명에 있어서, PHF20(plant homeodomain finger protein 20, PHD finger protein 20)은 히스톤 H4을 아세틸화하는 리신 아세틸트랜스퍼라제 복합체(lysine acetyltransferase complex)의 다중 도메인 단백질 및 서브 유닛이다. PHF20은 전사인자이며, 신경교종 환자에서 처음으로 확인되었다. PHF20 녹아웃 마우스는 출생 직후 사망하며, 골격 및 조혈 시스템 내에서 다양한 표현형을 나타낸다. 그러나 PHF20 녹아웃 마우스에서 이들 표현형의 상세한 메커니즘은 보고되지 않았다.
본 발명의 실시예에서, 상기 PFH20은 근육 분화에서 도 18과 같은 메커니즘을 통해 근육 분화에 영향을 미친다는 것을 확인하였다. 보다 상세하게는, PHF20의 발현 억제는 시험관 내(in vitro) 및 생체 내(in vivo)에서 YY1 프로모터에 결합된 PHF20을 분리시켜 MyoD의 발현을 증가시키고, 상기 MyoD(myogenic differentiation marker)의 발현 증가는 근육 분화를 촉진한다.
본 발명의 구체예에서, 상기 PHF20 유전자 발현 억제제는 YY1 프로모터 활성 억제제인 것이 바람직하다.
본 발명의 구체예에서, 상기 PHF20 유전자 발현 억제제는 MyoD의 발현을 증가시켜 근육의 분화를 촉진시키는 것일 수 있다.
본 발명에 있어서, YY1(Yin Yang 1)은 4 개의 C-말단 징크 핑거 도메인을 통해 DNA에 결합하는 전사 억제 단백질을 의미한다. 골격근에서, mTOR(mammalian target of rapamycin)의 억제제인 라파마이신의 치료는 mitochondrial transcriptional regulator의 유전자 발현을 증가시켜 미토콘드리아 유전자 발현 및 산소의 소비를 줄인다. mTOR 인산화 및 이의 하류의 표적인 YY1 및 PGC-1α(Peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator 1-alpha)는 C2C12 근원세포에서 FGF21(fibroblast growth factor 21)의 처리에 의해 증가된다. 근원세포에서 FGF21에 의한 mTOR-YY1-PGC1α 경로의 활성화는 세포 내 ATP 합성, 산소 소비율, 시트르산 합성효소(citrate synthase)의 활성, 당분해, 미토콘드리아 DNA 카피 수 및 주요 에너지의 발현의 현저한 증가에 의해 나타난 에너지 항상성을 조절한다.
본 발명의 구체예에서, 상기 근육 감소로 인한 질환은 근육감소증(sarcopenia), 긴장감퇴증(atony), 근위축증(muscular atrophy), 근이영양증(muscular dystrophy), 근육 퇴화, 근경직증(myotonic dystrophy), 근위축성 축삭경화증(amyotrophic lateral sclerosis), 근무력증(myasthenia) 및 악액질(cachexia)로 이루어진군에서 선택되는 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 있어서, 예방은 본 발명에 따른 약학적 조성물의 투여로 근육 감소로 인한 질환의 발병을 억제 또는 지연시키는 모든 행위를 말한다. 또한 본 발명에서 치료는 본 발명에 따른 약학적 조성물의 투여로 근육 감소로 인한 질환의 증세가 호전되거나 이롭게 변경하는 모든 행위를 의미한다.
본 발명의 구체예에서, 상기 PHF20 유전자 발현 억제제는 PHF20 유전자에 상보적으로 결합하는 shRNA, siRNA, 리보자임, 및 안티센스 뉴클레오티드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 구체예에서, 상기 PHF20 유전자 발현 억제제는 서열번호 1의 염기서열로 표시되는 shRNA일 수 있으며, 서열번호 1로 표시되는 염기서열의 변이체 또한 본 발명의 범위 내에 포함된다. 본 발명의 서열번호 1로 표시되는 shRNA의 작용성 등가물, 예를 들어, 서열번호 1로 표시되는 서열 중 일부가 결실(deletion), 치환(substitution) 또는 삽입(insertion)에 의해 변형되었지만, 이를 통해 서열번호 1의 염기서열로 이루어진 shRNA와 기능적으로 동일한 작용을 할 수 있는 변이체(variants)를 포함하는 개념이다.
구체적으로, shRNA는 각 서열번호 1의 염기서열과 각각 70% 이상, 더욱 바람직하게는 80% 이상, 더 더욱 바람직하게는 90% 이상, 가장 바람직하게는 95% 이상의 서열 상동성을 가지는 서열을 포함할 수 있다. 폴리뉴클레오티드 또는 아미노산에 대한 "서열 상동성의 %"는 두 개의 최적으로 배열된 서열과 비교 영역을 비교함으로써 확인된다.
상기 siRNA는 PHF20 유전자의 mRNA의 염기서열 내에서 선택되는 15 내지 30머(mer)의 센스서열 및 상기 센스 서열에 상보적으로 결합하는 안티센스 서열로 구성되며, 이때, 상기 센스 서열은 특별히 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 구체예에서, 상기 PHF20 단백질 활성 억제제는 PHF20 단백질에 특이적으로 결합하는 화합물, 펩티드 및 항체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 화합물은 PHF20 단백질에 특이적으로 결합하여 이의 활성을 억제할 수 있는 임의의 화합물을 모두 포함한다.
상기 항체는 PHF20 단백질에 특이적이고 직접적으로 결합하여 PHF20 단백질의 활성을 효과적으로 억제할 수 있다. 상기 PHF20 단백질에 특이적으로 결합하는 항체로는 폴리클로날(polyclonal) 항체 또는 모노클로날(monoclonal) 항체를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 항체는 당업자에게 알려진 공지의 방법으로 제작할 수도 있으며, 상업적으로 알려진 항체를 구입하여 사용할 수 있다.
본 발명의 약학적 조성물은 약학적으로 허용 가능한 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 이때 약제적으로 허용 가능한 첨가제로는 전분, 젤라틴화 전분, 미결정셀룰로오스, 유당, 포비돈, 콜로이달실리콘디옥사이드, 인산수소칼슘, 락토스, 만니톨, 엿, 아라비아고무, 전호화전분, 옥수수전분, 분말셀룰로오스, 히드록시프로필셀룰로오스, 오파드라이, 전분글리콜산나트륨, 카르나우바납, 합성규산알루미늄, 스테아린산, 스테아린산마그네슘, 스테아린산알루미늄, 스테아린산칼슘, 백당 등이 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 약제적으로 허용 가능한 첨가제는 상기 조성물에 대해 0.1 내지 90 중량부 포함되는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 본 발명의 약학적 조성물은 실제 임상투여시에 경구 또는 비경구의 여러 가지 제형으로 투여될 수 있는데, 제제화할 경우에는 보통 사용하는 충진제, 증량제, 결합제, 습윤제, 붕해제, 계면활성제 등의 희석제 또는 부형제를 사용하여 조제할 수 있으며, 당해 기술 분야에 알려진 적합한 제제를 이용하는 것이 바람직하다. 상기 조성물에 포함될 수 있는 담체, 부형제 및 희석제로는 락토즈, 덱스트로즈, 수크로스, 올리고당, 솔비톨, 만니톨, 자일리톨, 에리스리톨, 말티톨, 전분, 아카시아 고무, 알지네이트, 젤라틴, 칼슘 포스페이트, 칼슘 실리케이트, 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 미정질 셀룰로오스, 폴리비닐 피롤리돈, 물, 메틸히드록시 벤조에이트, 프로필히드록시 벤조에이트, 탈크, 마그네슘 스테아레이트, 광물유 등이 있다.
상기 경구투여를 위한 고형제제에는 정제, 환제, 산제, 과립제, 캡슐제 등이 포함되며, 이러한 고형제제는 적어도 하나 이상의 부형제 예를 들면, 전분, 칼슘 카보네이트(Calcium carbonate), 수크로스(Sucrose) 또는 락토오스(Lactose), 젤라틴 등을 섞어 조제된다. 또한 단순한 부형제 이외에 마그네슘 스티레이트 탈크 같은 윤활제들도 사용된다. 또한, 상기 경구투여를 위한 액상제제로는 현탁제, 내용액제, 유제, 시럽제 등이 해당되는데 흔히 사용되는 단순희석제인 물, 리퀴드 파라핀 이외에 여러 가지 부형제, 예를 들면 습윤제, 감미제, 방향제, 보존제 등이 포함될 수 있다.
상기 비경구투여를 위한 제제에는 멸균된 수용액, 비수성용제, 현탁제, 유제, 동결건조제제, 좌제가 포함된다. 비수성용제, 현탁용제로는 프로필렌글리콜(Propylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜, 올리브 오일과 같은 식물성 기름, 에틸올레이트와 같은 주사 가능한 에스테르 등이 사용될 수 있다. 좌제의 기제로는 위텝솔(witepsol), 마크로골, 트윈(tween) 61, 카카오지, 라우린지, 글리세로제라틴 등이 사용될 수 있다. 상기 비경구투여는 피부 외용 또는 복강 내 주사, 직장 내 주사, 피하주사, 정맥주사, 근육 내 주사 또는 흉부 내 주사 주입방식을 사용하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 약학적 조성물의 투여량은 환자의 체중, 연령, 성별, 건강상태, 식이, 투여시간, 투여방법, 배설율 및 질환의 중증도에 따라 그 범위가 다양하며, 하루에 한 번 투여할 수도 있고, 수 회 나누어 투여할 수도 있다.
본 발명의 약학적 조성물은 개체에게 다양한 경로로 투여될 수 있다.
본 발명의 약학적 조성물은 근육 감소로 인한 질환의 예방 또는 치료를 위하여 단독으로, 또는 수술, 방사선 치료, 호르몬 치료, 화학 치료 및 생물학적 반응 조절제를 사용하는 방법들과 병용하여 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 PHF20 유전자 발현 억제제 또는 PHF20 단백질 활성 억제제; 또는 YY1 프로모터 활성 억제제;를 포함하는, 근육 감소로 인한 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다.
본 발명의 구체예에서, 상기 YY1 프로모터 활성 억제제는 siRNA일 수 있으며, 서열번호 2의 염기서열로 표시되는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 PHF20 유전자 발현 억제제 또는 PHF20 단백질 활성 억제제를 유효성분으로 포함하는 근육 증대용 또는 근육 손실 저해용 조성물을 제공한다.
상기 조성물은 건강기능식품 조성물 또는 사료 첨가제 조성물인 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명에 있어서, 사료 첨가제는 영양적 또는 특정 목적을 위하여 사료에 미량으로 첨가되는 물질을 의미한다.
상기 근육 증대용 또는 근육 손실 저해용 조성물이 건강기능식품 조성물인 경우, PHF20 유전자 발현 억제제 또는 PHF20 단백질 활성 억제제를 그대로 첨가하거나 다른 식품 또는 식품 성분과 함께 사용될 수 있고, 통상적인 방법에 따라 적절하게 사용될 수 있다. 유효성분의 혼합양은 사용 목적(예방, 건강 또는 치료적 처치)에 따라 적합하게 결정될 수 있다. 일반적으로, 식품 또는 음료의 제조 시에 본 발명의 PHF20 유전자 발현 억제제 또는 PHF20 단백질 활성 억제제는 전체 조성물에 대하여 15중량 % 이하, 바람직하게는 10 중량 % 이하의 양으로 첨가된다. 그러나, 건강 및 위생을 목적으로 하거나 또는 건강 조절을 목적으로 하는 장기간의 섭취의 경우에는 상기 범위 이하일 수 있으며, 안전성 면에서 아무런 문제가 없기 때문에 유효성분은 상기 범위 이상의 양으로도 사용될 수 있다.
상기 건강기능식품의 종류에는 특별한 제한은 없다. 상기 건강기능식품의 예로는 캔디류, 스낵류, 껌류, 음료수, 차, 드링크제, 알코올 음료 및 비타민 복합제 등이 있으며, 통상적인 의미에서의 건강기능식품을 모두 포함한다.
상기 근육 증대용 또는 근육 손실 저해용 조성물이 사료 첨가제 조성물인 경우, 본 발명의 사료 첨가제 조성물은 사료 원료에 적절하게 배합하여 사료로 제공되는데, 상기 사료 원료로 곡물류, 조강류, 식물성 유박류, 동물성 사료 원료, 기타 사료 원료, 정제품 등이 사용되고 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실험 재료
항-PHF20 항체는 Cell Signaling Technology(Beverly, MA)로부터 구입 하였다. 항-β-액틴 항체는 Sigma Aldrich(St. Louis, USA)로부터 얻었다. 항-YY1, 항-MyoD 및 항-미오신 중쇄 항체는 Santa Cruz Biotechnology(Santa Cruz, CA)로부터 구입하였다. 항-미오신(MF20) 항체는 아이오와 대학의 DSHB로부터 얻었다. HRP가 결합된 항-마우스, 항-토끼 및 항-염소 IgG 항체는 Koma biotech(Seoul, Korea)로부터 입수하였다. pYY-루시퍼라제는 Panomics(California, USA)에서 구입하였다. Luciferase assay system kit는 Promega(Madison, USA)에서 구입하였다. Tet-on advanced inducible gene expression system kit는 Clontech(Takara Bio Company, USA)로부터 입수하였다.
실험예 1. 세포배양
1-1. C 2 C 12 세포 배양 및 분화
전근세포(premyocyte)인 C2C12 세포는 DMEM 배지를 사용하여 37℃ 및 5% CO2 조건에서 배양하였다. 상기 DMEM(WELGENE, Gyeongsan, Korea) 배지는 10% FBS(fetal bovine serum)(HyClone, Logan, USA) 및 1% Antibiotic-Antimycotic(Gibco, Detroit, USA)을 포함한다.
세포 분화를 위해 배지를 분화 배지(differentiation medium, DM)로 교체한 후 배양하였으며, 배지는 매 2일 마다 교체하였다. 상기 분화 배지는 2% 말 혈청(horse serum) 및 1% Antibiotic-Antimycotic(Gibco, Detroit, USA)를 포함한다. 상기 세포 분화는 배지 교체 24시간 후 시작되었다.
1-2. C 2 C 12 /Tet-On 유도성 PHF20 세포
C2C12 세포를 이용하여 C2C12/Tet-On 유도성 PHF20 세포를 제조하였다. 구체적으로, C2C12-TET3G 근원세포를 제조하기 위해, C2C12 세포에 렌티바이러스-TET3G을 처리하고, G418(1.2 mg/ml)로 선택하여 C2C12-TET3G 근원세포를 수득하였다. 상기 C2C12-TET3G 세포를 pLVX-TRE3G-PHF20으로 일시적 형질감염시켰다. 퓨로마이신(3 μg/ml)을 이용하여 일시적 형질감염된 세포 중 Tet-On 유도성 PHF20 세포를 선택하였다. 선택된 세포(C2C12/Tet-On 유도성 PHF20 세포)는 독시사이클린(doxycycline, Doxy)이 포함된 배지에서 배양할 경우, PHF20의 발현이 유도된다.
후술되는 실험에서 C2C12 세포에서 PHF20의 발현을 유도하기 위해 독시사이클린을 100 ng/ml의 농도로 포함하는 배지로 배양하였다.
실험예 2. 웨스턴 블로팅
준비된 세포를 얼음 위에 두었으며, 상기 세포에 용해 버퍼를 처리하여 세포 용해물을 제조하였다. 상기 용해 버퍼는 50 mM Tris-HCl(pH7.5), 1% v/v Nonidet P-40, 120 mM NaCl, 25 mM sodium fluoride, 40 mM β-glycerol phosphate, 0.1 mM sodium orthovanadate, 1 mM phenylmethylsulfonyl fluoride, 1 mM benzamidine 및 2 μM microcystin-LR을 포함한다. 세포 용해물을 13000 rpm에서 30 분 동안 원심분리하여 단백질을 수득하였다. 상기 단백질을 10.0 내지 7.5% 겔을 이용한 SDS-PAGE로 전개하였다. 전개된 단백질을 Immobilon-P 멤브레인(Millipore)으로 옮겼다. 그 후 멤브레인을 5% 탈지유 및 0.2% Tween-20을 함유하는 1X TBS(tri-buffered saline buffer; 140mM NaCl, 2.7mM KCl, 250mM Tris HCl, pH7.4)을 처리하여 1시간 동안 블로킹하였다. 그 후 1000배 희석된 각 단백질에 대한 1차 항체를 처리한 후 4℃에서 밤새도록 배양하였다. 반응 후 TBS로 멤브레인을 세척하였다. 세척된 멤브레인에 2000배 희석된 2차 항체(horseradish peroxidase-conjugated anti-mouse IgG 또는 anti-rabbit IgG(Komabiotech, Seoul, Korea))를 처리한 후 배양하였다. 배양 후 멤브레인을 TBS로 세척하였으며, 제조사의 매뉴얼에 따라 단백질을 검출하였다.
실험예 3. 실시간 정량적 역전사 중합효소 연쇄반응(Real-time quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction, qRT-PCR)
C2C12/Tet-On 유도성 PHF20 세포를 6웰 플레이트에 시딩하여 24시간 동안 배양하였다. PHF20의 발현을 유도하기 위하여, 상기 C2C12/Tet-On 유도성 PHF20 세포에 독시사이클린을 처리하였다. 독시사이클린을 처리한 다음날, QuickGene RNA kit(Fujifilm's Life Science System, Tokyo, Japan)을 사용하여 세포로부터 전체 RNA를 추출하였다. 또한 SuPrimeScript RT Premix(GeNet Bio, Cheonan, Korea)를 사용하여, 추출된 전체 RNA로부터 cDNA를 합성하였다. cDNA 증폭은 Prime Q-Mastermix(GeNet Bio, Cheonan, Korea) 및 CFX96T Real-time System(Bio-Rad, Hercules, CA, USA)으로 수행하였다. 각각의 cDNA의 qRT-PCR 분석은 SYBR 녹색 염료 및 StepOne Plus 실시간 PCR 시스템(Invitrogen, Carlsbad, CA)을 이용해 이중 DNA(duplex DNA) 형성을 측정하였다.
본 실험에서 사용한 프라이머는 표 1에 나타내었다.
프라이머 서열(5’-3’)
mouse GAPDH forward TCCAGTATGACTCCACTC
mouse GAPDH reverse ATTTCTCGTGGTTCACAC
mouse PHF20 forward CATTGACTACGAAGAAGGGAG
mouse PHF20 reverse CTTCTCTAAAGGGCGCAGATA
mouse YY1 forward CAGAAGCAGGTGCAGATCAGACCCT
mouse YY1 reverse GCACCACCACCCACGGAATCG
mouse MyoD forward TACAGTGGCGACTCAGATGC
mouse MyoD reverse GAGATGCGCTCCACTATGCT
실험예 4. 면역화학염색 분석을 통한 미오신 중쇄(myosin heavy chain, MHC)의 검출
C2C12/Tet-On 유도성 PHF20 세포를 1x105 cells/well의 농도로 멸균된 커버슬립을 포함하는 12웰 플레이트에 시딩하였으며, 37℃ 및 5% CO2 조건에서 배양하였다. 독시사이클린 미처리군(-Doxy)은 세포에 독시사이클린을 처리하지 않고 24시간 동안 배양하였으며, 독시사이클린 처리군(+Doxy)은 배지를 독시사이클린을 포함한 배지로 교체한 후 24시간 동안 배양하였다. 배양된 각 세포의 배지를 분화 배지로 교체한 후 1일(D1) 또는 3일(D3) 동안 배양하여 분화시켰다. 그 후 세포를 37℃인 PBS로 세척하였다. 세척된 세포를 4% 파라포름알데하이드에서 15분 동안 배양하여 커버슬립에 고정하였으며, PBS로 2회 세척하였다. 블로킹을 위하여, 커버슬립에 1% BSA(bovine serum albumin)를 처리한 후 실온에서 1시간 동안 진탕배양하였다. 또한 anti-myosin(MF-20) 항체를 1:200의 비율로 희석하여 세포에 첨가하였고, 4℃에서 밤새도록 진탕배양하였다. 진탕배양 후 커버슬립을 PBS로 3회 세척하였다. FITC 2차 항체(1:1000)(in 5% skim milk)를 첨가한 후 실온의 암실에서 6시간 동안 진탕배양하였다. 진탕배양 후 커버슬립을 PBS로 3회 세척하였다. 세척된 커버슬립의 배지를 DAPI VECTASHIELD(St. Louis, USA)를 포함하는 마운팅 배지로 교체한 후 슬라이드에 결합시켜 형광을 분석하였다.
실험예 5. 루시퍼라제 리포터 유전자 분석
C2C12/Tet-On 유도성 PHF20 세포를 3x105 cells/ml의 농도로 6웰 플레이트에 시딩하였다. 시딩된 세포에 YY1-루시퍼라제를 포함하는 플라스미드 1 μg을 제조사의 매뉴얼에 따라 형질감염시켰다. 형질감염된 세포는 24시간 후 실험을 위해 사용하였다.
형질감염된 세포에 리포터 용해 버퍼를 처리하여 세포를 용해시켰다. 상기 리포터 용해 버퍼는 25 mM Tris-phosphate, 2 mM DTT, 2 mM trans-1,2-cyclohexanediamine-N,N,N’,N’-tetraacetic acid, 10%(v/v) glycerol 및 1%(v/v) Triton x-100을 포함한다. 루시퍼라제의 활성은 세포 용해물 20 μg에 luciferase assay substrate(Promega)을 첨가하여 배양하였고, 10초 동안의 발광을 luminometer(Duo Lumat LB 9507)를 이용하여 측정하였다.
실험예 6. 염색질 면역침전(Chromatin-immunoprecipitation, ChiP) 분석
염색질 면역침전 분석은 제조사의 매뉴얼(Upstate Biotechnology, Lake Placid, NY, USA)에 따라 수행하였다. 구체적으로, C2C12 세포는 3일 동안 분화시켰으며, 포름알데히드를 7.5분 동안 처리하였다. 그 후 프로테아제 억제제를 포함하는 PBS로 세포를 2회 세척한 후 얼음 위로 옮겼다. 얼음 상의 세포에 SDS-용해 버퍼를 처리한 후 10분 동안 배양하였으며, 용해물을 수확하였다. 상기 용해 버퍼는 50 mM Tris-HCl(pH 8.0), 1% SDS, 10 mM EDTA, 1 mM PMSF, 1 μg/ml aprotinin 및 2 μg/ml pepstatin을 포함한다. 상기 수확된 용해물은 1차 항체 또는 대조군 IgG를 처리한 후 4℃에서 밤새도록 배양하였다. 그 후 배양물에 단백질 A 비드(500 μg/ml BSA 및 200 μg/ml 연어 정자 DNA를 포함) 30 μl을 함께 4℃에서 3시간 동안 배양하였다. 배양 후 DNA 시료는 QIA quick PCR purification kit(Qiagen, Hilden, Germany)를 사용하여 정제하였고, qRT-PCT로 정량하였다. qRT-PCT 결과는 입력된 값의 백분율로 표시하였다. 본 실험에 사용한 프로모터 특이적 프라이머인 mouse YY1(-200/-55)의 서열은 다음과 같다.
- mouse YY1(-200/-55) : 5’-CGCTGCCTTCCTCCCTCT-3’(forward), 5’-CGTCCGTGGCGATGTAGA-3’(reverse)
실험예 7. PHF20 트랜스제닉 마우스 제조
PHF20 트랜스제닉 마우스를 제조하기 위해, pcDNA3 벡터의 CMV 프로모터의 하류에 인간 PHF20을 코딩하는 cDNA를 서브클로닝(subcloning)하였고, WT C57BL/6 마우스를 상기 벡터로 형진질전환시켰다. 대조군은 WT C57BL/6 마우스를 이용하였고, WT로 표시하였다. 마우스 PHF20-TG 및 WT는 12h/12h 장일주기, 습도 50 내지 60% 및 주변 온도 22℃인 환경에서 사육하였다. 또한 모든 동물 실험은 기관 지침에 따라 동물 시설에서 수행되었다. 실험 프로토콜은 충남대학교(CNU-00890) 검토위원회의 승인을 받았다.
실험예 8. 조직학적 분석 및 면역화학염색 분석
마우스에서 채취된 근육은 10% 포르말린을 처리한 후 4℃에서 밤새도록 배양하여 고정하였다. 고정된 근육 시료는 파라핀 블록에 포매하였다. 파라핀 블록을 잘라 5 μm 두께의 박편을 준비하였다. 인접 부위의 박편을 추가로 준비하여, 순서대로 슬라이드를 제작하였다.
일반적인 형태학적 분석을 위하여, 제작된 슬라이드를 헤마톡실린 및 에오신(hematoxylin 및 eosin, H&E)으로 염색하였다.
또한 면역화학염색 분석을 위하여, 슬라이드 상의 박편을 자일렌으로 탈파라핀화시켰으며, 에탄올을 이용하여 재수화시켰다. 그 후, 슬라이드를 과산화효소 퀀칭 용액(peroxidase quenching solution)에 담가 10분 동안 반응시켰다. 반응후 슬라이드를 PBS로 5분씩 2회 세척하였고, 블로킹을 위해 슬라이드에 시약 A를 2 방울 첨가한 후 30분 동안 배양하였다. 배양 후 슬라이드를 PBS로 2회 세척하였다. 세척된 슬라이드에 1차 항체(anti-MHC)를 처리한 후 4℃에서 밤새도록 배양하였다. 배양된 슬라이드를 PBS로 세척한 후 비오티닐화된(biotinylated) 2차 항체인 시약 B를 처리하였으며, 실온에서 1시간 동안 배양하였다. 배양된 슬라이드를 PBS로 세척한 후 효소가 결합된 시약 C를 슬라이드에 떨어뜨렸으며, PBS로 세척하였다. PBS로 세척한 후 DAB 발색체; 및 시약 D1, D2 및 D3의 혼합물;을 슬라이드에 떨어뜨렸으며, 형광 현미경으로 신호를 관찰하였다. 그리고 증류수로 반응을 멈춘 후, 형광 현미경으로 슬라이드 사진을 찍었다.
실험예 9. 통계학적 분석
데이터는 평균 ± S.E.로 표시하였다. 적어도 3회의 실험에서 그룹 간 차이는 Student's t-test를 사용하여 분석하였고, P<0.05는 통계적으로 유의한 것으로 간주하였다. 또한 결과의 정량 분석에는 Image J 소프트웨어(버전 1.47)를 사용하였다.
실시예 1. 근육 분화 동안 YY1 및 PHF20의 발현 분석
근육 분화에서 PHF20(PHD finger protein 20)의 변화를 평가하기 위하여, 근육 분화에서의 YY1(Yin Yang 1) 및 PHF20 mRNA 및 단백질 발현을 qRT-PCR 및 웨스턴 블롯팅으로 분석하였다.
1-1. PHF20
C2C12 세포를 시딩한지 24시간 후 2% 말 혈청을 포함하는 분화 배지(DM)로 교체하여 근육 분화를 유도하였다. 세포의 PHF20 mRNA 발현은 qRT-PCR을 통해 근육 분화 기간 동안 매일 측정하였다. 또한 상기 근육 분화 기간 동안 PHF20 및 myoD의 단백질 발현은 웨스턴 블롯팅을 통해 매일 확인하였다. PHF20 mRNA 및 단백질 발현을 분석한 결과는 각각 도 1 및 2에 나타내었다.
도 1 및 2에 나타낸 바와 같이, 근육 분화가 진행될수록 PHF20은 mRNA 및 단백질의 발현이 감소되는 것을 확인하였다. 반면에, MyoD는 근육의 분화가 진행될수록 단백질의 발현이 증가되는 것을 확인하였다. 상기 결과는 C2C12 세포에서 전사인자인 PHF20가 근육 분화에 관여할 수 있음을 시사한다.
1-2. YY1
YY1은 선행 연구를 통해 PHF20이 과발현되는 세포에서 발현이 증가된다는 것을 확인한바 있다. 이에, YY1의 mRNA 및 단백질 발현을 상기 실시예 1-1과 같은 방법으로 분석하였다. YY1의 mRNA 및 단백질 발현을 분석한 결과는 각각 도 3 및 4에 나타내었다.
도 3 및 4에 나타낸 바와 같이, YY1는 근육 분화가 진행될수록 mRNA의 발현이 감소하는 것을 확인하였다. 또한 근육 분화가 진행될수록 MyoD의 단백질 발현은 증가하였으나, YY1의 단백질 발현은 감소한 것을 확인하였다.
실시예 2. PHF20 발현이 C 2 C 12 세포의 분화에 미치는 영향 조사
PHF20의 발현이 근육 분화에 미치는 영향을 추가로 평가하였다.
2-1. PHF20 발현이 myoD 단백질 발현에 미치는 영향
C2C12 세포(Pre)를 준비한 후 독시사이클린 미처리군(-Doxy) 및 처리군(+Doxy)으로 나누었다. 그 후 독시사이클린 미처리군(-Doxy)은 준비된 세포에 독시사이클린을 처리하지 않고 24시간 동안 배양하였으며, 독시사이클린 처리군(+Doxy)은 독시사이클린을 포함한 배지로 교체한 후 준비된 세포를 24시간 동안 배양하였다. 독시사이클린이 미처리 또는 처리된 C2C12 세포는 실험에 사용하였고, Pre로 표시하였다.
분화된 근섬유(D1, D3 및 D5)를 제조하기 위해, 상기 독시사이클린이 미처리 또는 처리된 C2C12 세포의 배지를 분화 배지로 교체한 후 배양하였다. 배양된 세포는 분화 일수에 따라 D1, D3 및 D5로 각각 표시하였다.
준비된 세포들에 용해 버퍼를 처리하여 각 세포 용해물을 제조하였으며, PHF20, YY1 및 MyoD의 단백질 발현을 웨스턴 블롯팅을 통해 분석하였다. PHF20, YY1 및 MyoD의 단백질 발현을 분석한 결과는 도 5A에 나타내었다.
도 5A에 나타낸 바와 같이, 대조군인 독시사이클린 미처리군(왼쪽 패널)은 근육 분화 동안 PHF20 및 YY1의 단백질 발현은 감소하고, MyoD의 발현은 증가하는 경향을 보였다. 반면에 독시사이클린 처리군(오른쪽 패널)은 PHF20의 발현이 유도된 것으로, MyoD의 발현이 대조군에 비해 낮은 것을 확인하였다.
2-2. PHF20 발현이 myoD mRNA 발현에 미치는 영향
상기 실시예 2-1의 독시사이클린 처리(+Doxy) 또는 미처리(-Doxy)된 C2C12 세포(Pre) 및 분화된 근섬유(D5)의 전체 RNA를 추출한 후 qRT-PCR을 통해 PHF20, YY1 및 MyoD의 mRNA 발현을 분석하였다. 상기 mRNA의 발현을 분석한 결과는 도 5B에 나타내었다.
도 5B에 나타낸 바와 같이, 근육 분화 동안 PHF20, YY1 및 MyoD의 발현은 단백질 발현과 같은 경향성, 즉, PHF20 발현이 유도된 세포는 MyoD의 발현이 감소된 것을 확인하였다.
2-3. PHF20의 발현이 근관 형성에 미치는 영향
PHF20이 근관(myotube) 형성에 미치는 영향을 확인하기 위하여, 면역화학염색 분석을 통해 미오신 중쇄의 발현을 조사하였다. 구체적으로, 독시사이클린이 처리(+Doxy) 또는 미처리(-Doxy)된 C2C12 세포(Pre) 및 분화된 근섬유(D1 및 D3)를 준비하였다. 준비된 세포를 이용하여, 항-MF 항체(녹색)를 사용한 면역화학염색 분석을 수행하였다. 미오신 중쇄는 항-MF 항체로 염색되어 녹색으로 표시되며, 세포 핵은 4′,6-diamidino-2-phenylindole(DAPI)로 염색되어 파란색으로 표시된다. 면역화학염색 분석 결과는 도 6에 나타내었다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 독시사이클린에 의해 PHF20의 발현이 유도된 세포(+Doxy, D1 및 D3)는 근육 분화 동안 근관 형성이 억제된 것을 확인하였다. 반면에, 대조군인 독시사이클린 미처리군(-Doxy, D1 및 D3)은 C2C12 세포가 근관으로 분화된 것을 확인하였다.
2-4. PHF20의 발현 억제가 MyoD의 발현에 미치는 영향
PHF20의 발현 억제가 myoD의 발현에 미치는 영향을 확인하였다. 이를 위해 C2C12 세포(Pre) 및 분화된 근섬유(D1)를 준비하였다. 준비된 세포에 서열번호 1의 염기서열로 표시되는 PHF20 서열에 대한 shRNA(shPHF20)를 발현하는 렌티바이러스를 형질감염시켰다. 대조군은 서열번호 3의 염기서열로 표시되는 스크렘블드 서열에 대한 shRNA를 사용하였다. 형질감염된 세포는 24시간 동안 배양하였다. 배양 후 세포를 용해시켰으며, 세포 용해물을 사용하여 웨스턴 블롯팅을 수행하였다. 분화 전인 C2C12 세포(Pre)의 결과는 도 7A에 나타내었으며, 분화된 근섬유(D1)의 결과는 도 7B에 나타내었다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 분화 전 C2C12 세포(Pre)에서, shRNA에 의한 PHF20의 발현 억제는 YY1의 발현 억제를 유도하였고, MyoD의 발현 증가를 야기하였다. 위와 같은 현상은 분화 1일차인 근섬유(D1)에서 더욱 두드러지는 것을 확인하였다.
실시예 3. PHF20 발현이 YY1 프로모터의 발현에 미치는 영향
상기 실시예 1 및 2를 통해 근육 분화 동안 PHF20의 발현 증가는 YY1의 발현을 증가시키고, MyoD의 발현을 감소시키는 것을 확인하였다. 이에, PHF20의 발현이 근육 분화에 미치는 영향을 YY1 프로모터 분석을 통해 추가적으로 평가하였다.
3-1. 독시사이클린의 처리농도에 따른 PHF20 및 YY1 프로모터의 발현 조사
독시사이클린의 처리농도에 따른 PHF20 및 YY1 프로모터의 발현을 조사하였다. C2C12 세포(Pre)에 YY1-루시퍼라제 유전자를 형질감염시켰다. 형질감염된 세포에 독시사이클린을 농도별(0, 50, 100 및 500 ng/ml)로 처리한 후 24시간 동안 배양하였다. 배양 후 C2C12 세포를 웨스턴 블롯팅 및 루시퍼라제 리포터 유전자 분석을 실시하였다. 상기 웨스턴 블롯팅은 PHF20의 발현을 확인하기 위한 것이며, 루시퍼라제 리포터 유전자 분석은 YY1 프로모터의 활성을 확인하기 위한 것이다. 웨스턴 블롯팅 결과 및 루시퍼라제 리포터 유전자 분석 결과는 도 8A에 나타내었다.
도 8A에 나타낸 바와 같이, 독시사이클린은 PHF20의 발현을 유도하는데, 상기 PHF20의 발현은 독시사이클린의 농도에 의존적인 것을 확인하였다. 또한 YY1 프로모터의 활성은 PHF20의 발현량에 의존하는 것을 확인하였다.
3-2. shRNA의 형질감염에 따른 PHF20 및 YY1 프로모터의 발현 조사
shRNA 형질감염에 따른 PHF20 및 YY1 프로모터의 발현을 조사하였다. 구체적으로, C2C12 세포(Pre)를 준비하였고, 준비된 세포에 스크렘블드 서열(shRNA) 또는 PHF20 서열(shPHF20)에 대한 shRNA를 발현하는 렌티바이러스를 형질감염시켰다. 형질감염된 세포를 24시간 동안 배양한 후 YY1-루시퍼라제 유전자를 추가 형질감염시켰다. 그 후 세포를 용해시켰으며, 세포 용해물을 사용하여 웨스턴 블롯팅 및 루시퍼라제 리포터 유전자 분석을 수행하였으며, 그 결과는 도 8B에 나타내었다.
도 8B에 나타낸 바와 같이, shRNA로 인한 PHF20 발현 감소는 YY1 프로모터의 활성을 억제하는 것을 확인하였다. 이는 PHF20이 전근세포의 YY1 발현을 전사체 수준에서 양성적으로 조절한다는 것을 의미한다.
3-3. 근육 분화 기간에 따른 PHF20 및 YY1 프로모터의 발현 조사
근육 분화 기간에 따른 PHF20의 발현 억제가 YY1 프로모터의 발현에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위한 YY1 프로모터 분석은 전근세포인 C2C12 세포를 사용하여 수행하였다. 구체적으로, 독시사이클린을 처리하지 않은 C2C12 세포(Pre)를 분화 배지에서 배양하여 분화시켰으며, 각 분화 시점(D1 및 D3)에서 YY1-루시퍼라제 유전자를 형질감염시켰다. 웨스턴 블롯팅을 통해 형질감염된 세포의 PHF2, YY1 및 MyoD의 발현을 분석하였다. 또한 루시퍼라제 리포터 유전자 분석을 통해 YY1 프로모터의 활성을 확인하였다. 독시사이클린을 처리한 C2C12 세포(Pre)를 이용하여 위와 같은 방법으로 실험하였다. 상기 독시사이클린을 처리하지 않은 C2C12 세포를 이용한 실험 결과는 도 9A에 나타내었으며, 독시사이클린을 처리한 C2C12 세포를 이용한 실험 결과는 도 9B에 나타내었다.
도 9A에 나타낸 바와 같이, C2C12 세포의 근육 분화가 진행될수록 YY1 프로모터 활성이 감소함에 따라 PHF20 및 YY1의 발현은 감소하였고, MyoD 발현은 증가하였다.
도 9B에 나타낸 바와 같이, 독시사이클린에 의해 유도된 PHF20 발현은 근육 분화 동안 YY1 프로모터 활성을 유도하였고, 이에 따라 MyoD의 발현은 감소된 것을 확인하였다.
상기 결과는 PHF20 발현량은 YY1 및 YY1 프로모터를 통한 근육 분화의 조절에 중요하다는 것을 의미한다.
3-4. PHF20에 의한 YY1 프로모터의 조절 방식 확인
염색질 면역침전(Chromatin-immunoprecipitation, ChiP) 분석을 통해 PHF20이 YY1 프로모터를 어떤 방식으로 조절하는지 확인하였다. 상기 염색질 면역침전 분석은 C2C12 세포(Pre) 및 분화된 근섬유(D1 및 D3)를 이용하였고, 프라이머 mouse YY1(-200/-55)을 사용하였다. 대조군으로는 IgG를 사용하였다. 염색질 면역침전 분석 결과는 도 10에 나타내었다.
도 10에 나타낸 바와 같이, C2C12 세포에서 PHF20은 근육 분화 동안 YY1 프로모터(-200/-55)에 결합하는 것이 감소하였다. 상기 결과는 PHF20이 근육 분화를 조절하기 위한 전사인자로써, YY1 프로모터에 직접 결합한다는 것을 시사한다.
실시예 4. YY1의 발현이 MyoD의 발현에 미치는 영향
상기 실시예 3을 통해 PHF20이 YY1을 직접 조절한다는 것을 확인하였다. 이에 본 실시예에서는 YY1 프로모터의 발현이 하류 유전자인 MyoD에 미치는 영향을 조사하였다.
4-1. 웨스턴 블롯팅
YY1 프로모터의 발현이 하류 유전자인 MyoD에 미치는 영향을 조사하기 위하여, 독시사이클린(100 ng/ml)이 처리(+Doxy) 또는 미처리(-Doxy)된 C2C12 세포(Pre)를 준비하였다. 상기 C2C12 세포를 분화 배지로 배양하여 근육으로 분화시켰다. 분화 3일차(D3)에서 siRNA 또는 siYY1(서열번호 2)을 형질감염시킨 후 24시간 동안 배양하였다. 배양 후 세포 용해물을 제조하였고, 웨스턴 블롯팅을 통해 PHF20, YY1 및 MyoD의 발현을 분석하였다. 대조군은 독시사이클린(100 ng/ml)이 처리(+Doxy) 또는 미처리(-Doxy)된 C2C12 세포(Pre)를 이용하였다. 웨스턴 블롯팅 결과는 도 11에 나타내었다.
도 11에 나타낸 바와 같이, PHF20의 과발현은 C2C12 세포(Pre)에서 MyoD의 발현 감소를 유도하였고, 분화 3일차(D3)에는 근육 분화 뿐만 아니라 전근세포에서 YY1 발현을 유도하였다(각 조건에 대한 처음 2 개의 레인). 또한 shRNA에 의한 YY1의 발현 억제는 MyoD의 발현을 증가시켰다(각 조건에 대한 마지막 2 개 레인).
4-2. 면역화학염색 분석
YY1이 근관(myotube) 형성에 미치는 영향을 확인하기 위하여, 면역화학염색 분석을 통해 미오신 중쇄의 발현을 조사하였다. 구체적으로, 독시사이클린이 처리(+Doxy) 또는 미처리(-Doxy)된 분화된 근섬유(D1)를 준비하였다. 준비된 세포에 siRNA 또는 siYY1을 형질감염시킨 후 24시간 동안 배양하였다. 배양된 세포를 이용하여, 항-미오신(MF20) 항체를 사용한 면역화학염색 분석을 수행하였다. 미오신 중쇄는 항-미오신(MF20) 항체로 염색되어 녹색으로 표시되며, 세포 핵은 4′,6-diamidino-2-phenylindole(DAPI)로 염색되어 파란색으로 표시된다. 면역화학염색 분석 결과는 도 12에 나타내었다.
도 12에 나타낸 바와 같이, shRNA에 의한 YY1의 발현 감소는 근관 형성을 촉진하는 것을 확인하였다(+siYY1, -Doxy). 반면에 독시사이클린에 의해 PHF20의 발현이 유도될 경우 근관 형성이 억제되는 것을 확인하였다(-siYY1, +Doxy). 특히, PHF20의 과발현에도 불구하고 YY1의 발현이 억제될 때 분화가 회복된 것을 확인하였다(+siYY1, +Doxy). 상기 결과는 PHF20이 YY1을 통해 MyoD와 같은 분화 조절 인자를 조절한다는 것을 의미한다.
실시예 5. PHF20 트랜스제닉 마우스에서 PHF20 발현이 근육의 분화에 미치는 영향 조사
5-1. PHF20 트랜스제닉 마우스에서 PHF20, YY1 및 MHC 발현 분석 및 표현형 확인
PHF20 트랜스제닉 마우스로부터 골격근 조직을 분리하였다. 분리된 골격근 조직을 용해하여 세포 용해물을 제조하였다. 상기 세포 용해물을 제조하였고, 웨스턴 블롯팅을 통해 PHF20, YY1 및 미오신 중쇄(myosin heavy chain, MHC)의 발현을 분석하였다. 상기 미오신 중쇄는 근육의 분화 마커로, 분화가 진행될수록 발현이 증가한다. 대조군은 5개월령 수컷 WT 마우스를 이용하였다. 웨스턴 블롯팅 결과는 도 13에 나타내었다.
도 13에 나타낸 바와 같이, PHF20 트랜스제닉 마우스는 PHF20 및 YY1의 발현이 대조군(WT)에 비해 유의하게 증가하였다. 그러나 상기 PHF20 트랜스제닉 마우스는 근육 분화의 마커인 미오신 중쇄(MHC)의 발현은 대조군에 비해 감소한 것을 확인하였다.
PHF20 트랜스제닉 마우스를 다음 실험을 위해 희생시키기 전에 체중을 측정하였다. 그 후 PHF 트랜스제닉 마우스를 해부한 후 대퇴근 및 근육을 관찰하였다. PHF20 트랜스제닉 마우스의 체중 측정 결과는 도 14A에 나타내었고, 대퇴근을 관찰한 결과는 도 14B에 나타내었다.
도 14A에 나타낸 바와 같이, PHF20 트랜스제닉 마우스는 대조군(WT)에 비해 체중이 유의하게 증가한 것을 확인하였다.
도 14B에 나타낸 바와 같이, 해부된 PHF20 트랜스제닉 마우스의 근육은 근육의 색이 대조군(WT)에 비해 옅은 것을 확인하였으며, 이는 대조군보다 근육은 적고, 지방 축적량이 많다는 것을 의미한다.
상기 결과로부터 PHF20 트랜스제닉 마우스는 지방 축적으로 인해 체중이 증가한 것임을 알 수 있다.
5-2. 조직학적 분석 및 면역화학염색 분석
PHF20 트랜스제닉 마우스(PHF20-TG) 및 대조군(WT)의 비복근(gastrocnemius) 조직을 횡방향(Cross section) 또는 종방향(Longitudinal section)으로 슬라이스하여 슬라이드를 제작하였다.
상기 제작된 횡방향 또는 종방향 슬라이드의 조직을 헤마톡실린 및 에오신(H&E)으로 염색하였다. 비복근 조직의 횡단면을 관찰한 결과는 도 15A에 나타내었으며, 종단면을 관찰한 결과는 도 15B에 나타내었다.
도 15A에 나타낸 바와 같이, PHF20 트랜스제닉 마우스는 대조군보다 근섬유가 적은 것을 확인하였다. 또한 PHF20 트랜스제닉 마우스는 대조군보다 근섬유가 둥글고, 근섬유 사이에 다수의 빈 공간(흰 색)이 있는 것을 확인하였다.
도 15B에 나타낸 바와 같이, 근육의 종단면을 관찰한 결과, PHF20 트랜스제닉 마우스는 대조군에 비해 근섬유 압축이 덜 된 것을 확인하였으며, 이는 근육의 완전성이 낮다는 것을 의미한다.
또한 상기 헤마톡실린 및 에오신으로 염색된 횡단면 슬라이드를 추가 관찰하였으며, 그 결과는 도 16에 나타내었다.
도 16에 나타낸 바와 같이, 대조군(WT)은 근육 사이에 지방 조직이 거의없는 반면, PHF20 트랜스제닉 마우스는 근육 사이에서 지방 조직이 관찰되었다.
면역화학염색 분석을 통해 상기 제작된 횡방향 또는 종방향 슬라이드의 비복근 조직을 관찰하였다. 비복근 조직의 종단면을 관찰한 결과는 도 17A에 나타내었으며, 횡단면을 관찰한 결과는 도 17B에 나타내었다.
도 17A에 나타낸 바와 같이, PHF20 트랜스제닉 마우스는 대조군(WT)에 비해 근섬유가 적고, 길이가 짧은 것을 확인하였다. 또한 PHF20 트랜스제닉 마우스는 MHC의 발현이 대조군(WT)에 비해 감소된 것을 확인하였다.
도 17B에 나타낸 바와 같이, PHF20 트랜스제닉 마우스는 대조군(WT에 비해 근섬유 사이에 빈공간이 발견되었으며, 이는 근섬유의 압축 정도가 낮은 것을 의미한다.
상기 결과를 통해 PHF20이 생체 내에서 근육 발달에 부정적인 영향을 미친다는 것을 확인하였다.
종합적으로 상기 실험 결과를 통해 PHF20의 발현은 도 18과 같은 메커니즘을 통해 근육 분화에 영향을 미친다는 것을 확인하였다. 보다 상세하게는, PHF20 유전자 녹아웃, 즉 PHF20의 발현 억제는 시험관 내(in vitro) 및 생체 내(in vivo)에서 YY1 프로모터에 결합된 PHF20을 분리시켜 MyoD의 발현을 증가시키고, 상기 MyoD의 발현 증가는 근육 분화를 촉진한다는 것을 확인하였다. 이는 PHF20 억제제가 근육 감소로 인한 질환의 예방 또는 치료 분야에서 다양하게 활용될 수 있다.
이하, 제제예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 제제예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 제제예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는다.
제제예 1. 약학적 조성물의 제조
1-1. 산제의 제조
PHF20 유전자 발현 억제제 또는 PHF20 단백질 활성 억제제 20 μg
유당 100 mg
탈크 10 mg
상기의 성분들을 혼합하고 기밀포에 충진하여 산제를 제조한다.
1-2. 정제의 제조
PHF20 유전자 발현 억제제 또는 PHF20 단백질 활성 억제제 20 μg
옥수수전분 100 mg
유당 100 mg
스테아린산 마그네슘 2 mg
상기의 성분들을 혼합한 후 통상의 정제의 제조방법에 따라서 타정하여 정제를 제조한다.
1-3. 캡슐제의 제조
PHF20 유전자 발현 억제제 또는 PHF20 단백질 활성 억제제 20 μg
결정성 셀룰로오스 3 mg
락토오스 14.8 mg
마그네슘 스테아레이트 0.2 mg
통상의 캡슐제 제조방법에 따라 상기의 성분을 혼합하고 젤라틴 캡슐에 충전하여 캡슐제를 제조한다.
1-4. 주사제의 제조
PHF20 유전자 발현 억제제 또는 PHF20 단백질 활성 억제제 10 μg
만니톨 180 mg
주사용 멸균 증류수 2974 mg
인산이나트륨 이수화물 26 mg
통상의 주사제의 제조방법에 따라 1 앰플당 (2 ml) 상기의 성분 함량으로 제조한다.
1-5. 액제의 제조
PHF20 유전자 발현 억제제 또는 PHF20 단백질 활성 억제제 10 μg
이성화당 10 g
만니톨 5 g
정제수 적량
통상의 액제의 제조방법에 따라 정제수에 각각의 성분을 가하여 용해시키고 레몬향을 적량 가한 다음 상기의 성분을 혼합한 다음 정제수를 가하여 전체를 정제수를 가하여 전체 100ml로 조절한 후 갈색병에 충진하여 멸균시켜 액제를 제조한다.
제제예 2 식품 제제의 제조
2-1. 건강식품의 제조
PHF20 유전자 발현 억제제 또는 PHF20 단백질 활성 억제제 10 μg
비타민 혼합물 적량
비타민 A 아세테이트 70 g
비타민 E 1.0 mg
비타민 B1 0.13 mg
비타민 B2 0.15 mg
비타민 B6 0.5 mg
비타민 B12 0.2 g
비타민 C 10 mg
비오틴 10 g
니코틴산아미드 1.7 mg
엽산 50 g
판토텐산 칼슘 0.5 mg
무기질 혼합물 적량
황산제1철 1.75 mg
산화아연 0.82 mg
탄산마그네슘 25.3 mg
제1인산칼륨 15 mg
제2인산칼슘 55 mg
구연산칼륨 90 mg
탄산칼슘 100 mg
염화마그네슘 24.8 mg
상기의 비타민 및 미네랄 혼합물의 조성비는 비교적 건강식품에 적합한 성분을 바람직한 실시예로 혼합 조성하였지만, 그 배합비를 임의로 변형 실시하여도 무방하며, 통상의 건강식품 제조방법에 따라 상기의 성분을 혼합한 다음, 과립을 제조하고, 통상의 방법에 따라 건강식품 조성물 제조에 사용할 수 있다.
2-2. 건강음료의 제조
PHF20 유전자 발현 억제제 또는 PHF20 단백질 활성 억제제 10 μg
비타민 C 15 g
비타민 E(분말) 100 g
젖산철 19.75 g
산화아연 3.5 g
니코틴산아미드 3.5 g
비타민 A 0.2 g
비타민 B1 0.25 g
비타민 B2 0.3 g
물 정량
통상의 건강음료 제조방법에 따라 상기의 성분을 혼합한 다음, 약 1 시간 동안 85 ℃ 에서 교반 가열한 후, 만들어진 용액을 여과하여 멸균된 2 L 용기에 취득하여 밀봉 멸균한 뒤 냉장 보관한 다음 본 발명의 건강음료 조성물 제조에 사용한다.
상기 조성비는 비교적 기호음료에 적합한 성분을 바람직한 실시예로 혼합 조성하였지만 수요계층이나, 수요국가, 사용용도 등 지역적, 민족적 기호도에 따라서 그 배합비를 임의로 변형 실시하여도 무방하다.
제제예 3. 사료 첨가제의 제조
PHF20 유전자 발현 억제제 또는 PHF20 단백질 활성 억제제 2.0%
글루코스 2.0 %
펩톤 1.0 %
효모추출물 1.0 %
제이인산 0.2 %
황산마그네슘 0.05 %
시스테인 0.05 %
정제수 to 100 %
부형제 탈지강 적량
이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 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 의해 정의된다고 할 것이다.
<110> The Industry & Academic Cooperation in Chungnam National University (IAC) <120> Composition for prevention or treatment of disease caused by muscle loss comprising expression inhibitors of PHF20 <130> 1-72 <160> 3 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 28 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> shPHF20 <400> 1 ccggcagtgt cagagtgtgg taaagctc 28 <210> 2 <211> 19 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> siYY1 <400> 2 ccaaacaacu ggcagaauu 19 <210> 3 <211> 21 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> control shRNA <400> 3 uucuccgaac gugucacgut t 21

Claims (10)

  1. 서열번호 1의 염기서열로 표시되는 PHF20(PHD finger protein 20) 유전자 발현 억제제를 유효성분으로 포함하는,
    근육감소증(sarcopenia), 긴장감퇴증(atony), 근위축증(muscular atrophy), 근이영양증(muscular dystrophy), 근육 퇴화, 근경직증(myotonic dystrophy), 근위축성 축삭경화증(amyotrophic lateral sclerosis), 근무력증(myasthenia) 및 악액질(cachexia)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 근육 감소로 인한 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 PHF20 유전자 발현 억제제는 YY1(Yin Yang 1) 프로모터 활성 억제제인, 근육 감소로 인한 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 PHF20 유전자 발현 억제제는 MyoD(myogenic differentiation marker)의 발현을 증가시켜 근육의 분화를 촉진시키는 것인, 근육 감소로 인한 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물.
  7. 삭제
  8. 서열번호 1의 염기서열로 표시되는 PHF20 유전자 발현 억제제; 및
    서열번호 2의 염기서열로 표시되는 YY1 프로모터 활성 억제제;를 포함하는,
    근육감소증(sarcopenia), 긴장감퇴증(atony), 근위축증(muscular atrophy), 근이영양증(muscular dystrophy), 근육 퇴화, 근경직증(myotonic dystrophy), 근위축성 축삭경화증(amyotrophic lateral sclerosis), 근무력증(myasthenia) 및 악액질(cachexia)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 근육 감소로 인한 질환의 예방 또는 치료용 약학적 조성물.
  9. 서열번호 1의 염기서열로 표시되는 PHF20 유전자 발현 억제제를 유효성분으로 포함하는, 근육 증대용 또는 근육 손실 저해용 건강기능식품 조성물.
  10. 서열번호 1의 염기서열로 표시되는 PHF20 유전자 발현 억제제를 유효성분으로 포함하는, 근육 증대용 또는 근육 손실 저해용 사료 첨가제 조성물.
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