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KR102815530B1 - Establishment of zebrafish amyotrophic lateral sclerosis model using human-derived mutant FUS gene and drug efficacy analysis using the same - Google Patents

Establishment of zebrafish amyotrophic lateral sclerosis model using human-derived mutant FUS gene and drug efficacy analysis using the same Download PDF

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KR102815530B1
KR102815530B1 KR1020220065213A KR20220065213A KR102815530B1 KR 102815530 B1 KR102815530 B1 KR 102815530B1 KR 1020220065213 A KR1020220065213 A KR 1020220065213A KR 20220065213 A KR20220065213 A KR 20220065213A KR 102815530 B1 KR102815530 B1 KR 102815530B1
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Abstract

본 발명은 hFUS(R521C) 유전자의 과발현을 유도한 형질전환 제브라피쉬 근위축성 측삭경화증 동물모델, 이의 제조방법 및 이를 이용한 근위축성 측삭경화증 약물 스크리닝 방법 등에 관한 것으로서, 본 발명의 동물모델 제조방법은 binary expression system을 이용하여 안정적으로 균일한 동물모델을 대량으로 생산할 수 있으며, 본 발명의 방법으로 제조된 동물모델은 빠르게 질환이 유도되어 약물의 스크리닝 등을 포함한 근위축성 측삭경화증 질환 연구에 유용하게 사용될 수 있다. The present invention relates to a transgenic zebrafish amyotrophic lateral sclerosis animal model that induces overexpression of the hFUS (R521C) gene, a method for producing the same, and a method for screening amyotrophic lateral sclerosis drugs using the same. The animal model producing method of the present invention can stably and mass-produce a uniform animal model using a binary expression system, and the animal model produced by the method of the present invention can be usefully used in studies on amyotrophic lateral sclerosis, including drug screening, since the disease is rapidly induced.

Description

형질전환 제브라피쉬를 이용한 근위축성 측삭경화증 동물모델 및 이의 제조방법{Establishment of zebrafish amyotrophic lateral sclerosis model using human-derived mutant FUS gene and drug efficacy analysis using the same}{Establishment of zebrafish amyotrophic lateral sclerosis model using human-derived mutant FUS gene and drug efficacy analysis using the same}

본 발명은 hFUS(R521C) 유전자의 과발현을 유도한 형질전환 제브라피쉬 근위축성 측삭경화증 동물모델, 이의 제조방법 및 이를 이용한 근위축성 측삭경화증 약물 스크리닝 방법 등에 관한 것이다. The present invention relates to a transgenic zebrafish amyotrophic lateral sclerosis animal model that induces overexpression of the hFUS (R521C) gene, a method for producing the same, and a method for screening amyotrophic lateral sclerosis drugs using the same.

근위축성 측삭경화증은 루게릭병으로 알려져 있는 신경계 퇴행성 질환이다. 뇌와 척수의 운동신경이 사멸하며 운동능력의 손실이 발생하는 질환으로, 발병시 호흡 부전의 원인으로 3~5년 안에 사망하는 치명적인 질환이다. 1993년 최초의 원인 유전자가 밝혀진 이후 많은 연구가 진행되었지만 최근까지 다양한 원인들이 밝혀지고 있다. 하지만 근위축성 측삭경화증의 공통되는 기전이 밝혀지지 않고 있으며, 이로 인해 효과적인 치료제 역시 부재한 상태이다. 현재까지 FDA에 승인된 근위축성 측삭경화증 치료 약물은 생존 기간을 단지 몇 개월 늘려주거나 진행을 늦춰 줄 뿐이다.Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a neurodegenerative disease, also known as Lou Gehrig's disease. It is a disease in which the motor neurons of the brain and spinal cord die, resulting in loss of motor ability. It is a fatal disease that causes respiratory failure within 3 to 5 years after onset. Since the first causative gene was discovered in 1993, many studies have been conducted, but various causes have been discovered to date. However, the common mechanism of ALS has not been discovered, and as a result, there is no effective treatment. Currently, FDA-approved ALS treatment drugs only extend survival by a few months or slow progression.

제브라피쉬는 인간 유전체와 높은 유전학적 및 기능적 유사성을 가진 척추동물로서, 신경계 및 각종 기관형성과정이 사람과 매우 유사하기에 인간의 질환연구를 위하여 세계적으로 많은 연구가 이루어지고 있는 중요한 동물모델이다. 또한 개체 당 구입 및 유지 비용이 매우 저렴하고 대량의 배아 확보가 가능하기 때문에 질환 치료제 후보물질의 스크리닝에 매우 탁월한 모델이기도 하다. 뿐만 아니라 수정 후 24시간 내에 신경계와 순환계 등 대부분의 기관들이 형성되며, 수일 내로 48-well plate 또는 98-well plate를 이용한 대규모 스크리닝 실험에 사용 가능하다는 특징이 있다. 때문에 제브라피쉬를 이용한 신경계 질환 연구에 제브라피쉬가 질환모델로서 주목받고 있다.Zebrafish is a vertebrate with high genetic and functional similarity to the human genome, and its nervous system and various organ formation processes are very similar to those of humans, making it an important animal model for human disease research, with much research being conducted worldwide. In addition, since the purchase and maintenance costs per individual are very low and a large number of embryos can be secured, it is also an excellent model for screening disease treatment candidates. In addition, most organs, including the nervous system and circulatory system, are formed within 24 hours after fertilization, and it can be used for large-scale screening experiments using 48-well plates or 98-well plates within a few days. Therefore, zebrafish is attracting attention as a disease model for research on nervous system diseases using zebrafish.

근위축성 측삭경화증 역시 제브라피쉬를 질환모델로 하는 연구가 진행되어 왔지만, 현재까지 개발된 제브라피쉬 질환모델은 노년기에 발병하는 퇴행성 질환의 특징 때문에 대규모 스크리닝에 유리한 제브라피쉬의 장점을 온전히 활용하지 못한다는 단점이 존재한다. 따라서 수정 후 수일 내에 질병이 발병할 수 있는 질환모델이 요구되는 실정이다. Amyotrophic lateral sclerosis has also been studied using zebrafish as a disease model, but the zebrafish disease models developed to date have the disadvantage of not being able to fully utilize the advantages of zebrafish, which are advantageous for large-scale screening, due to the characteristics of degenerative diseases that occur in old age. Therefore, a disease model that can develop the disease within a few days after fertilization is required.

가족성 근위축성 측삭경화증의 원인 유전자로 알려져 있는 FUS 유전자의 돌연변이로 인한 환자의 질병 발병은 60% 이상이 45세 이전에 나타나며 10대 후반과 20대 초반에 발병하는 사례들이 보고되었다. 반면에 다른 원인 유전자들에 의한 발병은 대부분 50대 이후에 나타난다. 근위축성 측삭경화증의 원인이라고 알려진 돌연변이는 521번째 아미노산이 아르기닌에서 시스테인으로 치환된 FUS(R521C)가 있다. 이러한 FUS 돌연변이 유래 근위축성 측삭경화증을 제브라피쉬에 도입하여 이른 나이에 질병이 발병하는 질환 모델을 제작한다면, 고효율의 약물 스크리닝에 유리할 것이다.In patients with mutations in the FUS gene, known as the causative gene for familial amyotrophic lateral sclerosis, the disease onset occurs before the age of 45 in more than 60% of cases, and cases in the late teens and early 20s have been reported. In contrast, cases of other causative genes mostly occur after the age of 50. A mutation known to cause amyotrophic lateral sclerosis is FUS (R521C), in which the 521st amino acid is substituted from arginine to cysteine. If this FUS mutation-induced amyotrophic lateral sclerosis is introduced into zebrafish to create a disease model in which the disease onsets at an early age, it will be advantageous for high-throughput drug screening.

CN 2021-11183570CN 2021-11183570

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 근위축성 측삭경화증 동물모델로서 형질전환 제브라피쉬 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a transgenic zebrafish as an animal model of amyotrophic lateral sclerosis and a method for producing the same.

또한, 본 발명은 상기 동물모델을 이용한 근위축성 측삭경화증 치료제 스크리닝 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, the present invention aims to provide a method for screening for a treatment agent for amyotrophic lateral sclerosis using the animal model.

그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

본 발명자들은 제브라피쉬에서 IQ-system을 이용하여 인간 유래 FUS 단백질의 521번째 아미노산이 아르기닌(Arginine: R)이 시스테인(Cysteine: C)로 치환된 돌연변이 FUS 단백질이 과발현 되도록 형질전환 제브라피쉬를 제작하고 상기 형질전환 제브라피쉬에서 근위축성 측삭경화증 질환의 증상과 상기 질병의 바이오마커를 확인하여 근위축성 측삭경화증 발병이 유도됨을 확인하였다. The present inventors used the IQ system in zebrafish to produce a transgenic zebrafish that overexpresses a mutant FUS protein in which the 521st amino acid of the human FUS protein is substituted from arginine (R) to cysteine (C), and confirmed that the onset of amyotrophic lateral sclerosis was induced by confirming the symptoms of amyotrophic lateral sclerosis and biomarkers of the disease in the transgenic zebrafish.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 IQ-system을 이용하여 인간 유래 FUS 단백질의 521번째 아미노산이 아르기닌(Arginine: R)이 시스테인(Cysteine: C)으로 치환된 돌연변이 FUS 단백질이 과발현 되도록 형질전환된 제브라피쉬를 제작한다. To solve the above problem, the present invention uses the IQ-system to produce a zebrafish transformed to overexpress a mutant FUS protein in which the 521st amino acid of the human-derived FUS protein is substituted from arginine (R) to cysteine (C).

IQ-system은 binary expression system으로서, 본 발명은 상기 돌연변이 FUS 단백질 과발현을 위한 이펙터 라인(effector line) 부(또는 모) 세대 제브라피쉬와 상기 이펙터 라인의 작동을 조절하는 드라이버 라인(driver line) 모(또는 부) 세대를 별개로 제작하고, 상기 부모 세대를 교배하여 자손을 획득하여 근위축성 측삭경화증 발병이 유도되는 형질전환 제브라피쉬를 제작할 수 있다.The IQ system is a binary expression system, and the present invention separately produces an effector line parent (or sub-generation) zebrafish for overexpressing the mutant FUS protein and a driver line parent (or sub-generation) that controls the operation of the effector line, and then crossbreeds the parent generations to obtain offspring, thereby producing a transgenic zebrafish in which the onset of amyotrophic lateral sclerosis is induced.

구체적으로, 본 발명은 하기 (1) 내지 (5) 단계를 포함하는 근위축성 측삭경화증 제브라피쉬 동물모델 제조방법을 제공한다:Specifically, the present invention provides a method for producing an amyotrophic lateral sclerosis zebrafish animal model comprising the following steps (1) to (5):

(1) 하기 (A) 및 (B) 단계를 포함하는 제1 형질전환 제브라피쉬 제조단계:(1) A first transgenic zebrafish production step comprising the following steps (A) and (B):

(A) 드라이버 라인으로서, HuC 프로모터 하에서 작동하는 QFDBD 2*AD 유전자 발현용 카세트가 포함된 제1 플라스미드 벡터 제조단계 및(A) A first plasmid vector production step including a cassette for expression of the QFDBD 2*AD gene operating under the HuC promoter as a driver line, and

(B) 상기 (A) 단계에서 제조한 제1 플라스미드 벡터를 제브라피쉬 수정란에 형질전환하는 단계.(B) A step of transforming the first plasmid vector manufactured in step (A) into a zebrafish fertilized egg.

(2) 하기 (a) 및 (b) 단계를 포함하는 제2 형질전환 제브라피쉬 제조단계:(2) A second transgenic zebrafish production step comprising the following steps (a) and (b):

(a) 이펙터 라인으로서, 13QUAS 프로모터 하에서 작동하는 인간 유래의 FUS 돌연변이(hFUS(R521C)) 유전자 및 이펙터 리포터 유전자 발현용 카세트가 포함된 제2 플라스미드 벡터 제조단계 및(a) a second plasmid vector production step comprising a human-derived FUS mutant (hFUS(R521C)) gene operating under the 13QUAS promoter and a cassette for expression of an effector reporter gene as an effector line; and

(b) 상기 (a) 단계에서 제조한 제2 플라스미드 벡터를 제브라피쉬 수정란에 형질전환하는 단계(b) a step of transforming the second plasmid vector manufactured in step (a) into a zebrafish fertilized egg;

(3) 상기 (1) 및 (2) 단계에서 형질전환된 제브라피쉬 수정란을 배양하여 성체(F0)로 발달시키는 단계; (3) A step of culturing the transformed zebrafish fertilized eggs in steps (1) and (2) and developing them into adults (F0);

(4) 상기 제1 및 제2 형질전환 제브라피쉬 성체를 서로 교배하는 단계; 및(4) a step of mating the first and second transgenic zebrafish adults with each other; and

(5) 상기 (4) 단계에서 교배 후 확보된 제브라피쉬 중에서 이펙터 리포터 유전자를 발현하는 제브라피쉬(F1)을 선별하는 단계.(5) A step of selecting zebrafish (F1) expressing an effector reporter gene from among the zebrafish obtained after mating in step (4) above.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 제조방법에서 제1 형질전환 제브라피쉬 제조단계와 제2 형질전환 제브라피쉬 제조단계는 동시에 또는 순차로 수행될 수 있으나, 순차로 수행되는 경우 그 선후는 무관하다. As one embodiment of the present invention, in the above manufacturing method, the first transgenic zebrafish manufacturing step and the second transgenic zebrafish manufacturing step may be performed simultaneously or sequentially, but if performed sequentially, the order is irrelevant.

본 발명의 다른 구현예로서, 상기 제1 및 제2 형질전환 제브라피쉬 제조단계에서 각 (B) 및 (b) 단계의 형질전환 단계는 (A) 및 (a) 단계에서 제조한 각 플라스미드 벡터를 제브라피쉬 수정란 1세포기에 유전자전이효소(transposase)와 함께 미세주입 (microinjection)하여 수행되는 것일 수 있다.As another embodiment of the present invention, in the first and second transgenic zebrafish production steps, the transformation steps of each of steps (B) and (b) may be performed by microinjecting each of the plasmid vectors produced in steps (A) and (a) together with transposase into a 1-cell stage zebrafish fertilized egg.

본 발명의 또 다른 구현예로서, 상기 (A) 단계의 제1 플라스미드 벡터는 별도의 제1리포터 유전자 발현 카세트를 포함할 수 있으며, 이때 상기 (1) 단계는 (C) 제1리포터 유전자를 발현하는 개체를 선별하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 선별된 개체를 제1 형질전환 제브라피쉬이다. As another embodiment of the present invention, the first plasmid vector of step (A) may include a separate first reporter gene expression cassette, wherein step (1) may further include a step (C) of selecting an individual expressing the first reporter gene, wherein the selected individual is the first transgenic zebrafish.

본 발명의 또 다른 구현예로서, 상기 (a) 단계의 제2 플라스미드 벡터는 별도의 제2리포터 유전자 발현 카세트를 포함할 수 있으며, 이때 상기 (2) 단계는 (c) 제2리포터 유전자를 발현하는 개체를 선별하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 선별된 개체는 제2 형질전환 제브라피쉬이다.As another embodiment of the present invention, the second plasmid vector of step (a) may include a separate second reporter gene expression cassette, wherein step (2) may further include a step (c) of selecting an organism expressing the second reporter gene, wherein the selected organism is the second transgenic zebrafish.

본 발명의 또 다른 구현예로서, 상기 (b) 단계에서 hFUS(R521C) 유전자와 드라이버 리포터 유전자는 자가 절단 펩타이드(self-cleaving peptide)를 암호화하는 유전자로 연결될 수 있으며, 상기 2종 유전자는 13QUAS 프로모터 하에서 동작하여 유기적으로 발현이 유도되며, 발현 이후에 자가 절단 펩타이드에 의해 별도 단백질로 발현될 수 있다. 상기 자가 절단 펩타이드는 공지의 자가 절단 펩타이드를 이용할 수 있으며, 본 발명의 구체적인 실험에서는 P2A를 이용하였다. As another embodiment of the present invention, in the step (b), the hFUS (R521C) gene and the driver reporter gene can be linked to a gene encoding a self-cleaving peptide, and the two genes are organically induced to express under the 13QUAS promoter, and can be expressed as a separate protein by the self-cleaving peptide after expression. The self-cleaving peptide can use a known self-cleaving peptide, and in the specific experiment of the present invention, P2A was used.

본 발명의 또 다른 구현예로서, 상기 이펙터 리포터 유전자는 hFUS(R521C)의 발현 수준을 확인하거나 hFUS(R521C)를 발현하는 개체를 선별하기 위한 것이고, 상기 제1리포터 유전자는 제1 형질전환 제브라피쉬를 선별하기 위한 것이며, 제2리포터 유전자는 제2 형질전환 제브라피쉬를 선별하기 위한 것으로서, 세포 또는 조직의 손상이 없이 모니터링할 수 있는 유전자라면 제한 없이 사용될 수 있으나, 시각적 관찰을 위해서 바람직하게는 형광 단백질 유전자을 이용할 수 있다. 상기 형광 단백질이 비-제한적예로는 루시퍼라제(luciferase), 녹색 형광 단백질(GFP), 변형된 녹색 형광 단백질(modified green fluorescent protein; mGFP), 증강된 녹색 형광 단백질(enhanced green fluorescentprotein; EGFP), 적색 형광 단백질(red fluorescent protein; RFP), 변형된 적색 형광 단백질(modified red fluorescent protein; mRFP), 증강된 적색 형광 단백질(ERFP), 청색 형광 단백질(BFP), 증강된 청색 형광 단백질(EBFP), 황색 형광 단백질(YFP), 증강된 황색 형광 단백질(EYFP), 남색 형광 단백질(CFP) 또는 증강된 남색 형광 단백질(ECFP) 등이 있다. In another embodiment of the present invention, the effector reporter gene is for confirming the expression level of hFUS (R521C) or selecting an individual expressing hFUS (R521C), the first reporter gene is for selecting a first transgenic zebrafish, and the second reporter gene is for selecting a second transgenic zebrafish. Any gene that can be monitored without damage to cells or tissues may be used without limitation, but a fluorescent protein gene is preferably used for visual observation. Non-limiting examples of the fluorescent protein include luciferase, green fluorescent protein (GFP), modified green fluorescent protein (mGFP), enhanced green fluorescent protein (EGFP), red fluorescent protein (RFP), modified red fluorescent protein (mRFP), enhanced red fluorescent protein (ERFP), cyan fluorescent protein (BFP), enhanced cyan fluorescent protein (EBFP), yellow fluorescent protein (YFP), enhanced yellow fluorescent protein (EYFP), cyan fluorescent protein (CFP), or enhanced cyan fluorescent protein (ECFP).

본 발명의 또 다른 구현예로서, 상기 이펙터 리포터 유전자, 제1리포터 유전자, 및 제2리포터 유전자는 각기 다른 형광 단백질 유전자를 이용하는 것일 수 있으며, 바람직하게는 각각 다른 파장을 발하는 형광 단백질을 암호화하는 것일 수 있다. 본 발명은 구체적인 실험에서 이펙터 리포터 유전자로 Zsgreen을 이용하였고, 제1리포터 유전자로 EGFP 유전자를 이용하였으며, 제2리포터 유전자로 mCherry 유전자를 이용하였다. In another embodiment of the present invention, the effector reporter gene, the first reporter gene, and the second reporter gene may each use different fluorescent protein genes, and preferably, they may each encode fluorescent proteins emitting different wavelengths. In specific experiments of the present invention, Zsgreen was used as the effector reporter gene, the EGFP gene was used as the first reporter gene, and the mCherry gene was used as the second reporter gene.

상기 제조방법의 제1 형질전환 제브라피쉬와 제2 형질전환 제브라피쉬는 각각 드라이버 라인과 이펙터 라인의 DNA 컨스트럭트(construct)를 포함하고 있으며, 양 제브라피쉬의 교배를 통해 획득된 자손은 드라이버 라인과 이펙터 라인의 DNA 컨스트럭트를 모두 포함하게 되고, 드라이버 라인에서 발현되는 QFDBD 2*AD는 이펙터 라인을 구동시켜 hFUS(R521C)의 과발현을 유도한다. 과발현이 유도된 hFUS(R521C)는 제브라피쉬에 축적되어 수정 후 5일 경과시부터 유의미한 근위축성 측삭경화증의 증상과 질환과 관련된 바이오마커 변화를 관찰할 수 있다. The first transgenic zebrafish and the second transgenic zebrafish of the above manufacturing method each contain DNA constructs of the driver line and the effector line, and the offspring obtained through mating of the two zebrafish contain both DNA constructs of the driver line and the effector line, and QFDBD 2*AD expressed in the driver line drives the effector line to induce overexpression of hFUS (R521C). The hFUS (R521C) induced to be overexpressed accumulates in the zebrafish, and significant symptoms of amyotrophic lateral sclerosis and changes in biomarkers related to the disease can be observed from 5 days after fertilization.

따라서, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 형질전환 제브라피쉬를 근위축성 측삭경화증 질환의 동물모델로 제공한다. Accordingly, the present invention provides a transgenic zebrafish produced by the above production method as an animal model of amyotrophic lateral sclerosis disease.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 동물모델에 제브라피쉬는 QFDBD 2*AD 유전자 발현용 카세트와 13QUAS 프로모터 하에서 구동하는 hFUS(R521C) 유전자 발현용 카세트를 모두 포함하며, 상기 hFUS(R521C) 유전자 발현용 카세트는 상기 13QUAS 프로모터 하에서 작동하는 이펙터 리포터 유전자를 추가로 포함할 수 있고, 상기 리포터 유전자는 hFUS(R521C) 유전자의 상부 또는 하부에 hFUS(R521C) 유전자와 자가 절단 펩타이드를 통해 연결된 것일 수 있다.As one embodiment of the present invention, the zebrafish animal model includes both a QFDBD 2*AD gene expression cassette and a hFUS (R521C) gene expression cassette driven under a 13QUAS promoter, and the hFUS (R521C) gene expression cassette may further include an effector reporter gene that operates under the 13QUAS promoter, and the reporter gene may be linked to the hFUS (R521C) gene via a self-cleaving peptide upstream or downstream of the hFUS (R521C) gene.

본 발명에 있어서, 상기 QFDBD 2*AD 유전자 발현용 카세트는 신경계에서 특이적으로 발현될 수 있도록 HuC 프로모터를 포함하여 HuC 프로모터에 의해 QFDBD 2*AD 유전자의 발현이 조절될 수 있다. In the present invention, the cassette for expression of the QFDBD 2*AD gene includes a HuC promoter so that the expression of the QFDBD 2*AD gene can be controlled by the HuC promoter so that it can be specifically expressed in the nervous system.

또한, 본 발명은 근위축성 측삭경화증 질환의 동물모델을 이용하여 근위축성 측삭경화증 치료제 스크리닝 방법을 제공한다. In addition, the present invention provides a method for screening for a therapeutic agent for amyotrophic lateral sclerosis using an animal model of amyotrophic lateral sclerosis disease.

본 발명의 스크리닝 방법은 하기 단계를 포함한다:The screening method of the present invention comprises the following steps:

(가) 상기 근위축성 측삭경화증 제브라피쉬 동물모델에 후보물질을 처리하는 단계; (a) a step of treating a candidate substance to the amyotrophic lateral sclerosis zebrafish animal model;

(나) 상기 후보물질을 처리한 동물과 후보물질을 처리하지 않은 근위축성 측삭경화증 제브라피쉬 동물모델에서 하기 (1) 내지 (4)로 이루어진 근위축성 측삭경화증 질환의 증상 및/또는 상기 질환의 바이오마커 중 하나 이상을 측정하는 단계: 및(I) a step of measuring one or more of the symptoms of amyotrophic lateral sclerosis disease and/or biomarkers of the disease, consisting of the following (1) to (4), in an amyotrophic lateral sclerosis zebrafish animal model treated with the candidate substance and not treated with the candidate substance: and

(다) 상기 후보물질을 처리한 동물이 후보물질을 처리하지 않은 동물보다 근위축성 측삭경화증 질환의 증상이 개선되거나 상기 질환의 바이오마커가 질환이 유도되지 않은 제브라피쉬와 동일 내지 유사한 수준으로 변화한 경우 상기 후보물질을 근위축성 측삭경화증 치료물질로 선별하는 단계. (d) A step of selecting the candidate substance as a therapeutic substance for amyotrophic lateral sclerosis when the symptoms of amyotrophic lateral sclerosis are improved in an animal treated with the candidate substance compared to an animal not treated with the candidate substance or the biomarker of the disease is changed to a level identical to or similar to that of zebrafish in which the disease is not induced.

본 발명의 일 구현예로서, 상기 (나) 단계에서 근위축성 측삭경화증 질환의 증상으로는 운동성 감소 및/또는 신경근접합부에서 탈신경화일 수 있으며, 상기 질환의 바이오마커는 산화 스트레스의 증가, TNF-α 발현의 증가, 및/또는 gria1a의 발현 감소일 수 있다. As one embodiment of the present invention, in the step (b), the symptoms of amyotrophic lateral sclerosis disease may be decreased mobility and/or denervation at the neuromuscular junction, and the biomarkers of the disease may be increased oxidative stress, increased TNF-α expression, and/or decreased gria1a expression.

본 발명의 근위축성 측삭경화증 제브라피쉬 동물모델은 수정 후 5일부터 그 질환이 발병되어 근위축성 측삭경화증의 기전을 포함한 상기 질환을 증상과 진행에 영향을 미치는 물질의 작용 등 연구 수행에 효율 향상 및 속도 가속화에 기여할 수 있다. 또한, 본 발명의 근위축성 측삭경화증 동물모델은 제브라피쉬에서 빠르게 질병을 유도하여 척추동물 기반의 근위축성 측삭경화증 치료제의 대규모 스크리닝이 수 일 내에 가능하며, 나아가 binary expression system을 이용하여 상기 동물모델을 제작함으로써 질환이 유도되지 않는 부모 세대의 안정적 유지를 통해 개체 관리가 용이하고 또한 필요에 따라 원하는 균일한 질환 동물모델을 제작할 수 있다. The zebrafish animal model of amyotrophic lateral sclerosis of the present invention can contribute to improving the efficiency and accelerating the speed of research on the mechanism of amyotrophic lateral sclerosis, including the symptoms and progression of the disease, since the disease develops from 5 days after fertilization. In addition, the animal model of amyotrophic lateral sclerosis of the present invention rapidly induces the disease in zebrafish, so that large-scale screening of vertebrate-based amyotrophic lateral sclerosis therapeutic agents is possible within a few days, and further, by producing the animal model using a binary expression system, stable maintenance of parent generations in which the disease is not induced makes it easy to manage the individual, and also makes it possible to produce a desired, uniform disease animal model as needed.

도 1은 실험을 위해 설계된 Driver line과 Effector line의 DNA constructs 이다.
도 2는 근위축성 측삭경화증 유도 제브라피쉬의 뉴런에서 hFUS 돌연변이 단백질이 세포질에 발현된 것을 형광을 통해 확인한 것이다.
도 3은 수정 후 5일 차의 근위축성 측삭경화증 유도 제브라피쉬와 정상 제브라피쉬의 운동성을 비교하여 평가한 결과이다.
도 4a는 근위축성 측삭경화증 유도 제브라피쉬에서 신경근접합부와 근육의 탈신경화를 확인한 것이며, 도 4b는 상기 결과를 피어슨 상관관계를 이용하여 시넵스 전 마커와 시넵스 후 마커의 연관성을 확인한 것이다.
도 5는 수정 후 5일 차의 근위축성 측삭경화증 유도 제브라피쉬와 정상 제브라피쉬의 산화 스트레스 정도를 비교확인한 것이다.
도 6은 수정 후 5일 차의 근위축성 측삭경화증 유도 제브라피쉬에서 시냅스와 관련된 단백질과 신경염증에 관여하는 TNF의 발현 수준을 확인한 결과이다.
도 7은 근위축성 측삭경화증 유도 제브라피쉬를 이용한 약물 스크리닝 실험 계획도이다.
도 8은 에다라본을 처리한 근위축성 측삭경화증 유도 제브라피쉬에서 수정 후 3일차 및 5일차에 운동성을 측정한 결과이다.
도 9는 리루졸을 처리한 근위축성 측삭경화증 유도 제브라피쉬에서 TNF-alpha의 발현 감소와 gria1a의 발현 증가를 확인한 결과이다.
Figure 1 shows the DNA constructs of the Driver line and Effector line designed for the experiment.
Figure 2 shows the expression of hFUS mutant protein in the cytoplasm of neurons of zebrafish induced with amyotrophic lateral sclerosis, as confirmed by fluorescence.
Figure 3 shows the results of evaluating the motility of zebrafish induced with amyotrophic lateral sclerosis and normal zebrafish 5 days after modification.
Figure 4a shows the confirmation of denervation of the neuromuscular junction and muscles in zebrafish induced with amyotrophic lateral sclerosis, and Figure 4b shows the results of confirming the correlation between presynaptic markers and postsynaptic markers using Pearson correlation.
Figure 5 shows a comparison of the levels of oxidative stress in zebrafish induced with amyotrophic lateral sclerosis and normal zebrafish 5 days after modification.
Figure 6 shows the results of confirming the expression levels of synapse-related proteins and TNF involved in neuroinflammation in zebrafish induced with amyotrophic lateral sclerosis 5 days after modification.
Figure 7 is a schematic diagram of a drug screening experiment using zebrafish induced with amyotrophic lateral sclerosis.
Figure 8 shows the results of measuring motility in zebrafish induced with amyotrophic lateral sclerosis treated with edaravone on days 3 and 5 after fertilization.
Figure 9 shows the results of confirming a decrease in the expression of TNF-alpha and an increase in the expression of gria1a in zebrafish induced with amyotrophic lateral sclerosis treated with riluzole.

본 발명자들은 보다 빠르고 효율적으로 근위축성 측삭경화증 치료제 개발을 위하여 치어(larvae) 시기에 근위축성 측삭경화증의 증상을 나타내는 동물모델을 제작하기 위하여 IQ-system을 이용하여 인간 유래의 FUS 돌연변이(R521C) 유전자를 과발현시킨 제브라피쉬를 제조하고, 근위축성 측삭경화증 치료제 개발을 위한 약물 후보물질의 유효성 검증에 상기 동물모델이 효과적으로 작동함을 확인하여 본 발명을 완성하였다. The present inventors have produced a zebrafish that overexpresses a human-derived FUS mutant (R521C) gene using the IQ system to produce an animal model exhibiting symptoms of amyotrophic lateral sclerosis at the larvae stage in order to develop a treatment for amyotrophic lateral sclerosis more quickly and efficiently, and have completed the present invention by confirming that the animal model effectively functions to verify the effectiveness of drug candidates for the development of a treatment for amyotrophic lateral sclerosis.

Q-system은 붉은빵곰팡이 (Neurospra crassa)에서 유래된 유전자 조절 시스템으로서, QF 전사활성자(activator)와 조절자(effector) 서열인 QUAS로 구성되어 있다. Q-system은 제브라피쉬 형질전환에 이용된 종래의 Gal4-UAS system과 유사하게 binary expression system으로서 특정 유전자의 발현 조절을 위해 사용된다. Gal4-UAS system과 달리 Q-system은 프로모터 침묵(promotor silencing)의 영향이 적고 유전자의 발현을 강력하게 촉진시키는 장점이 있으나, QF activator의 독성 문제가 있다. The Q-system is a gene regulation system derived from red bread mold (Neurospra crassa), and consists of the QF transcription activator and the QUAS effector sequence. The Q-system is a binary expression system, similar to the conventional Gal4-UAS system used in zebrafish transformation, and is used to regulate the expression of specific genes. Unlike the Gal4-UAS system, the Q-system has the advantage of being less affected by promoter silencing and strongly promoting gene expression, but has the problem of toxicity of the QF activator.

본 발명자들은 Q-system 단점을 보완하고 보다 강력하게 유전자 발현을 유도할 수 있는 IQ-system을 개발하였다. IQ-system은 QF activator의 독성을 제거함과 동시에 전사 활성 도메인(transcriptional activation domain)을 추가하여 높은 활성을 나타내고, 프로모터에 해당하는 QUAS를 13개 중복시켜 보다 강력하게 유전자 발현을 유도할 수 있다. The present inventors have developed the IQ-system, which can complement the shortcomings of the Q-system and induce gene expression more strongly. The IQ-system removes the toxicity of the QF activator and, at the same time, adds a transcriptional activation domain to exhibit high activity, and can induce gene expression more strongly by overlapping 13 QUAS corresponding to the promoter.

IQ-system은 binary expression system으로서본 발명자들은 질환을 유도하는 유전자(FUS 돌연변이 유전자)를 발현하는 이펙터 라인과 상기 이펙터 라인의 작동을 조절하는 드라이버 라인을 구분하여 설계하였다. 구체적으로 이펙터 라인(effector line)으로 13개 QUAS가 반복된 프로모터 하에서 작동가능하게 연결된 인간 유래의 FUS 돌연변이 유전자(hFUS(R521C))를 구축하고, 이펙터 라인을 활성화하기 위한 드라이버 라인(driver line)으로서 HuC 프로모터 하에서 작동가능하게 연결된 QFDBD 2*AD 유전자를 구축하였다. 각 라인의 구조는 아래와 같다. The IQ system is a binary expression system. The inventors designed it by distinguishing an effector line expressing a disease-inducing gene (FUS mutant gene) and a driver line regulating the operation of the effector line. Specifically, a human-derived FUS mutant gene (hFUS (R521C)) operably linked under a promoter with 13 repeated QUAS sequences was constructed as an effector line, and a QFDBD 2*AD gene operably linked under a HuC promoter was constructed as a driver line for activating the effector line. The structure of each line is as follows.

Effector Line 13QUAS:hFUS(R521C)Effector Line 13QUAS:hFUS(R521C)

Diver Line HuC:QFDBD 2*ADDiver Line HuC:QFDBD 2*AD

이펙터 라인의 활성을 확인하기 위해서 Effector Line은 hFUS(R521C) 유전자와 동일하게13QUAS 프로모터 하에서 작동가능하게 연결된 리포터 유전자를 포함하고, 상기 리포터 유전자와 hFUS(R521C) 유전자는 자가절단펩타이드 유전자로 연결되도록 설계될 수 있다. To confirm the activity of the effector line, the effector line may be designed to include a reporter gene operably linked under the 13QUAS promoter identical to the hFUS (R521C) gene, and the reporter gene and the hFUS (R521C) gene may be linked to a self-cleaving peptide gene.

각 effector line과 diver line은 유전자 클로닝 기술을 이용하여 DNA 플라스미드로 구축하였으며, 각 플라스미드는 유전자전이효소(Transposase)를 이용하여 별도의 제브라피쉬에 형질전환하였다. Each effector line and diver line were constructed as DNA plasmids using gene cloning technology, and each plasmid was transformed into a separate zebrafish using transposase.

각 플라스미드로 형질전환된 개체를 식별하기 위하여 각 플라스미드는 상술한 프로모터와 별도의 프로모터 하에서 작동가능하게 연결된 리포터 유전자를 포함할 수 있다. 이때, Diver line 과 effector line의 리포터 유전자는 서로 구별하여 식별될 수 있도록 설계함이 바람직하다. 리포터 유전자의 발현을 통해 확인된 형질전환된 부모 세대의 제브라피쉬 선별하고 서로 교배하여 리포터 유전자를 발현하는 개체를 선별하여 근위축성 측삭경화증 동물모델을 제작하였다.In order to identify the transformed individual with each plasmid, each plasmid may contain a reporter gene operably linked under a promoter separate from the above-mentioned promoter. At this time, it is preferable that the reporter genes of the diver line and the effector line be designed so that they can be distinguished from each other. Zebrafish of the transformed parent generation confirmed through the expression of the reporter gene were selected and crossed with each other to select an individual expressing the reporter gene, thereby creating an animal model of amyotrophic lateral sclerosis.

본 발명에서 드라이버 라인이 작동되는 제브라피쉬는 제1 형질전환 제브라피쉬로 명명하고,이펙터 라인이 작동하는 제브라피쉬는 제2 형질전환 제브라피쉬로 명명하며, 제1 및 제2 형질전환 제브라피쉬의 교배로 드라이버 라인과 이펙터 라인이 동시에 작동하는 자손 세대의 제브라피쉬는 근위축성 측삭경화증 유도 제브라피쉬로 명명하였다. 다만, 본 발명의 일 목적이 근위축성 측삭경화증 동물모델을 제공하는 것인바 본 명세서에서 특별한 언급 없는 동물모델은 근위축성 측삭경화증 유도 제브라피쉬를 의미하고, 상기 동물모델은 근위축성 측삭경화증 동물 및 근위축성 측삭경화증 제브라피쉬 등의 용어와 혼용될 수 있으며, 특별히 부모세대 제브라피쉬 또는 제1 및 제2 형질전환 제브라피쉬라고 지칭하지 않고 단순히 '형질전환 제브라피쉬'로 기재된 것은 근위축성 측삭경화증 제브라피쉬로 이해할 수 있다.In the present invention, the zebrafish in which the driver line operates is named as the first transgenic zebrafish, the zebrafish in which the effector line operates is named as the second transgenic zebrafish, and the offspring generation of the first and second transgenic zebrafish in which the driver line and the effector line operate simultaneously is named as amyotrophic lateral sclerosis-induced zebrafish. However, since one purpose of the present invention is to provide an amyotrophic lateral sclerosis animal model, an animal model unless specifically mentioned herein means an amyotrophic lateral sclerosis-induced zebrafish, and the animal model may be used interchangeably with terms such as amyotrophic lateral sclerosis animal and amyotrophic lateral sclerosis zebrafish, and when it is simply described as a 'transgenic zebrafish' without specifically referring to the parental zebrafish or the first and second transgenic zebrafish, it can be understood to mean amyotrophic lateral sclerosis zebrafish.

한편, 본 발명에 있어서 유전자 삽입물 발현용 DNA 카세트는 전사 활성화를 위한 추가적인 구성을 추가로 포함할 수 있으며, 일례로 본 발명자들은 신경세포 특이적으로 유전자 발현을 촉진하기 위하여 VP16 도메인을 암호화하는 영역을 드라이버 라인에 추가하여 이용하였다. Meanwhile, in the present invention, the DNA cassette for expression of a gene insert may additionally include an additional configuration for transcriptional activation. For example, the inventors of the present invention added a region encoding a VP16 domain to the driver line to promote gene expression specifically in neuron cells.

본 발명의 구체적인 실험에서는 이펙터 라인의 활성화와 제1 및 제2 형질전환 제브라피쉬를 시각적으로 확인하기 위하여 아래와 같은 구조의 Effector Line과 Driver Line을 이용하였다(도 1). In a specific experiment of the present invention, the Effector Line and Driver Line having the following structure were used to visually confirm the activation of the Effector Line and the first and second transgenic zebrafish (Fig. 1).

Effector Line 13QUAS:Zsgreen-p2a-hFUS(R521C)-terminator-Crystallin alpha:mcherry)Effector Line 13QUAS:Zsgreen-p2a-hFUS(R521C)-terminator-Crystallin alpha:mcherry)

Driver Line HuC:QFDBD 2*AD-VP16-Crystallin alpha:EGFPDriver Line HuC:QFDBD 2*AD-VP16-Crystallin alpha:EGFP

질병의 기전 내지 치료제 스크리닝 등의 연구에 이용되기 위해서는 안정적으로 균일한 질환동물모델을 제작할 수 있어야 하며, 시간 및 비용적 측면에서 제작된 동물에서 질병이 빠르게 유도되어야 한다. 종래의 제브라피쉬를 이용하여 제조된 근위축성 측삭경화증 동물모델에서 질병이 발병되어 그 증상을 확인하는 데에 약 6개월이 소요되는 반면, 본 발명의 방법으로 제조된 근위축성 측삭경화증 동물모델은 수정 5일 차에 질환의 증상, 조직학적 및 분자적 변화를 나타내어 신약 스크리닝에 유효하게 이용될 수 있음을 확인하였다. In order to be used for research on disease mechanisms or screening for therapeutic agents, it is necessary to be able to stably and uniformly produce disease animal models, and the disease must be induced quickly in the produced animals in terms of time and cost. While it takes about 6 months for the disease to develop and its symptoms to be confirmed in the conventional amyotrophic lateral sclerosis animal model produced using zebrafish, it was confirmed that the amyotrophic lateral sclerosis animal model produced by the method of the present invention exhibited disease symptoms, histological and molecular changes on the 5th day after fertilization, and thus it can be effectively used for new drug screening.

본 발명자들은 제조된 근위축성 측삭경화증 제브라피쉬에 FDA에서 근위축성 측삭경화증 치료제로 승인받은 리루졸(Riluzole)과 에다라본(edaravone)을 처리하여 운동능력 변화를 확인한 결과, 임상에서 확인된 상기 약물의 효능과 동일한 패턴으로 근위축석 측삭경화증 진행의 지연을 확인하였는바, 본 발명의 동물모델이 근위축성 측삭경화증 질환 치료 물질 개발 플랫폼으로서 이용될 수 있음을 검증하였다. 구체적으로 운동성 분석을 통해 스크리닝을 수행하는 경우 일주일 이내에 약물 유효성을 평가할 수 있으며, 48 well plate 당 약 30분 이내에 분석이 가능하다. The inventors of the present invention treated the manufactured amyotrophic lateral sclerosis zebrafish with Riluzole and edaravone, which are approved by the FDA as amyotrophic lateral sclerosis treatments, to confirm changes in motor ability, and confirmed that the progression of amyotrophic lateral sclerosis was delayed in the same pattern as the efficacy of the above drugs confirmed in clinical trials, thereby verifying that the animal model of the present invention can be used as a platform for developing a therapeutic substance for amyotrophic lateral sclerosis. Specifically, when screening is performed through motility analysis, drug efficacy can be evaluated within a week, and analysis can be performed within about 30 minutes per 48-well plate.

본 발명의 근위축성 측삭경화증 동물모델은 Driver Line으로서 HuC 프로모터 하에서 작동하는 AFDBD 2*AD 유전자와 Effector Line으로서 13QUAS 프로모터 하에서 작동하는 hFUS(R521C) 유전자를 포함한다. 상기 Effector Line은 13QUAS 프로모터 하에서 리포터 유전자와 hFUS(R521C) 유전자가 동시에 작동하도록 포함할 수 있으며, 상기 리포터 유전자와 hFUS(R521C) 유전자는 자가절단펩타이드 유전자로 연결될 수 있다. The amyotrophic lateral sclerosis animal model of the present invention comprises an AFDBD 2*AD gene operating under a HuC promoter as a Driver Line and an hFUS (R521C) gene operating under a 13QUAS promoter as an Effector Line. The Effector Line may include a reporter gene and the hFUS (R521C) gene operating simultaneously under the 13QUAS promoter, and the reporter gene and the hFUS (R521C) gene may be linked by a self-cleaving peptide gene.

본 발명에서 “리포터 유전자”는 본 발명의 일 예에 따른 플라스미드 벡터의 도입 여부 또는 IQ-system의 작동을 모니터링하기 위해 사용되는 단백질을 암호화하는 유전자로서 형질전환된 세포 또는 조직의 손상이 없이 모니터링할 수 있는 유전자라면 제한 없이 사용될 수 있다. 바람직하게는 루시퍼라제(luciferase), 녹색 형광 단백질(GFP), 변형된 녹색 형광 단백질(modified green fluorescent protein; mGFP), 증강된 녹색 형광 단백질(enhanced green fluorescentprotein; EGFP), 적색 형광 단백질(red fluorescent protein; RFP), 변형된 적색 형광 단백질(modified red fluorescent protein; mRFP), 증강된 적색 형광 단백질(ERFP), 청색 형광 단백질(BFP), 증강된 청색 형광 단백질(EBFP), 황색 형광 단백질(YFP), 증강된 황색 형광 단백질(EYFP), 남색 형광 단백질(CFP) 또는 증강된 남색 형광 단백질(ECFP) 등일 수 있다. 본 발명자들은 구체적인 실험에서 리포터 유전자로서 mRFP인 mCherry와 mGFP인 Zsgreen을 이용하였다. In the present invention, the “reporter gene” is a gene encoding a protein used to monitor the introduction of a plasmid vector according to an example of the present invention or the operation of the IQ-system, and can be used without limitation as long as it is a gene that can be monitored without damage to transformed cells or tissues. Preferably, it may be luciferase, green fluorescent protein (GFP), modified green fluorescent protein (mGFP), enhanced green fluorescent protein (EGFP), red fluorescent protein (RFP), modified red fluorescent protein (mRFP), enhanced red fluorescent protein (ERFP), cyan fluorescent protein (BFP), enhanced cyan fluorescent protein (EBFP), yellow fluorescent protein (YFP), enhanced yellow fluorescent protein (EYFP), cyan fluorescent protein (CFP), or enhanced cyan fluorescent protein (ECFP). In specific experiments, the present inventors used mCherry, which is an mRFP, and Zsgreen, which is an mGFP, as reporter genes.

본 발명에서 “벡터”는 적당한 숙주세포에서 목적 유전자를 발현할 수 있는 발현 벡터로서, 벡터 내에 포함된 유전자 삽입물이 발현되도록 작동 가능하게 연결된 조절 요소, 즉 프로모터 등을 포함하는 유전자 구조물을 말한다. 본 발명에 따른 벡터는 바람직하게는 플라스미드 벡터, 코즈미드 벡터 또는 바이러스 벡터 등일 수 있으나, 본 발명자들은 구체적인 실험에서 벡터로서 DNA 플라스미드 벡터를 이용하였다. In the present invention, the “vector” refers to a genetic construct including a regulatory element, i.e., a promoter, etc., which is an expression vector capable of expressing a target gene in a suitable host cell, so that a gene insert contained in the vector is operably linked to be expressed. The vector according to the present invention may preferably be a plasmid vector, a cosmid vector, a viral vector, etc., but the present inventors used a DNA plasmid vector as a vector in specific experiments.

본 발명에서 “작동 가능하게 연결된(operably linked)”은 일반적 기능을 수행하는 핵산 발현 조절 서열과 목적하는 유전자를 코딩하는 핵산 서열이 기능적으로 연결(functional linkage)되어 있는 것을 말한다. 본 발명에서 각 구성은 직접적 연결인 것으로 명시하지 않는한 서로 작동 가능하게 연결된 것으로 보며, 본 명세서에서 특정 프로모터에 의해 발현이 조절되는 유전자 삽입물은 '특정 프로모터와 작동가능하게 연결된' 또는 '특정 프로모터 하에서 작동하는' 것으로 기술한다. In the present invention, “operably linked” means that a nucleic acid expression control sequence performing a general function and a nucleic acid sequence encoding a gene of interest are functionally linked. In the present invention, each component is considered to be operably linked to each other unless it is explicitly stated that it is a direct linkage, and a gene insert whose expression is regulated by a specific promoter in the present specification is described as being “operably linked to a specific promoter” or “operating under a specific promoter.”

본 발명에서 유전자 삽입물, 즉 전이유전자(transgene)와 프로모터의 작동 가능한 연결은 당해 기술 분야에서 잘 알려진 유전자 재조합 기술을 이용하여 제조할 수 있으며, 부위-특이적 DNA 절단 및 연결은 당해 기술 분야에서 일반적으로 알려진 효소 등을 이용할 수 있다.In the present invention, the operable linkage of the genetic insert, i.e., the transgene and the promoter, can be produced using a genetic recombination technique well known in the art, and the site-specific DNA cleavage and linkage can be performed using enzymes, etc. generally known in the art.

본 발명에서 사용된 “프로모터”라는 용어는 DNA의 일부분으로 전사를 개시할 수 있도록 RNA 중합효소의 결합에 관여한다. 일반적으로 표적 유전자에 인접하여 이의 상류에 위치하며, RNA 중합효소 또는 RNA 중합효소를 유도하는 단백질인 전사 인자(transcription factor)가 결합하는 자리로서 상기 효소 또는 단백질이 올바른 전사 시작 부위에 위치하도록 유도할 수 있다. 즉, 센스 가닥(sense strand)에서 전사하고자 하는 유전자의 5' 부위에 위치하여 RNA 중합효소가 직접 또는 전사인자를 통해 해당 위치에 결합하여 전이유전자에 대한 mRNA 합성을 개시하도록 유도하는 것으로 특정한 유전자 서열을 갖는다.The term "promoter" used in the present invention is a part of DNA that is involved in binding of RNA polymerase so that transcription can be initiated. It is generally located adjacent to and upstream of a target gene, and is a site where RNA polymerase or a transcription factor, which is a protein that induces RNA polymerase, binds, and can induce the enzyme or protein to be located at the correct transcription start site. That is, it is located at the 5' site of a gene to be transcribed in the sense strand, and induces RNA polymerase to bind to that site directly or through a transcription factor and initiate mRNA synthesis for the transgene, and has a specific gene sequence.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the attached drawings. However, since various modifications may be made to the embodiments, the scope of the patent application rights is not limited or restricted by these embodiments. It should be understood that all modifications, equivalents, or substitutes to the embodiments are included in the scope of the rights.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are for the purpose of description only and should not be construed as limiting. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "has" and the like are intended to specify the presence of a feature, number, step, operation, component, or combination thereof described in the specification, but should be understood to not exclude in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the embodiments belong. Terms defined in commonly used dictionaries, such as those defined in common dictionaries, should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning they have in the context of the relevant art, and shall not be interpreted in an idealized or overly formal sense, unless expressly defined in this application.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred examples are presented to help understand the present invention. However, the following examples are provided only to help understand the present invention more easily, and the content of the present invention is not limited by the following examples.

[실시예][Example]

실시예 1 : 제브라피쉬 사육 및 관리Example 1: Zebrafish breeding and care

본 연구의 모든 실험 과정은 고려대학교 의과대학 동물실험 윤리위원회 (Korea University Institutional Animal Care & Use Committee, IACUC)의 승인을 받았으며, 국립수의과학 검역원의 동물 실험 규정에 따라 실험을 수행하였다. 본 연구에서는 야생형 제브라피쉬, Tg(13QUAS:Zsgreen-p2a-hFUS(R521C)-terminator-Crystallinalpha:mcherry), Tg(HuC:QFDBD 2*AD-VP16), 및 Tg(13QUAS:Zsgreen-pA) 형질전환 제브라피쉬가 사용되었으며, 성체 (adult) 및 배아 (embryo) 제브라피쉬는 명암주기 14:10 시간, 수온 28.5℃가 유지되는 시스템에서 사육되었다. 형태학적 특징을 정의하기 위하여 제브라피쉬 배아와 치어 (larvae)의 단계는 수정 후 시간(hours post fertilization, hpf) 또는 수정 후 며칠 (days post-fertilization, dpf)의 형태학적 특징에 따라 정의하여 사용되었다. 신약 후보 물질 및 대조군 약물 처리는 수정 후 9시간부터 Egg water와 함께 처리되었다. 음성 대조군에는 실험군과 동일한 농도의 DMSO가 처리된 Egg water를 이용하였다.All experimental procedures in this study were approved by the Korea University Institutional Animal Care & Use Committee (IACUC) and were performed in accordance with the animal experiment regulations of the National Veterinary Research and Quarantine Service. Wild-type zebrafish, Tg(13QUAS:Zsgreen-p2a-hFUS(R521C)-terminator-Crystallinalpha:mcherry), Tg(HuC:QFDBD 2*AD-VP16), and Tg(13QUAS:Zsgreen-pA) transgenic zebrafish were used in this study. Adult and embryonic zebrafish were raised in a system with a 14:10 h light/dark cycle and a water temperature of 28.5°C. To define morphological characteristics, the stages of zebrafish embryos and larvae were defined by morphological characteristics in hours post-fertilization (hpf) or days post-fertilization (dpf). Drug candidates and control drugs were treated with Egg water from 9 hours post-fertilization. Egg water treated with the same concentration of DMSO as the experimental group was used as a negative control.

실시예 2 : Plasmid DNA 제조Example 2: Preparation of Plasmid DNA

인간 FUS 돌연변이 유전자(hFUS(R521C)를 제작하기 위해 중합효소 연쇄반응(PCR, KOD FX, TOYOBO)을 이용하여 야생형의 인간 FUS 유전자(pENTR4_FUS Plasmid #26366, addgene) 개방형 해독틀(open reading frame, ORF)의 1561번째 염기인 사이토신을 티아민으로 치환시켰다. 중합효소 연쇄반응을 위해 사용된 FUS ORF 프라이머는 다음과 같다. To construct a human FUS mutant gene (hFUS (R521C), cytosine at position 1561 of the open reading frame (ORF) of the wild-type human FUS gene (pENTR4_FUS Plasmid #26366, addgene) was substituted with thiamine using polymerase chain reaction (PCR, KOD FX, TOYOBO). The FUS ORF primers used for polymerase chain reaction are as follows.

hFUS ORF forward primerhFUS ORF forward primer 5’-atggcctcaaacgattatac-3’5’-atggcctcaaacgattatac-3’ hFUS(R521C) ORF reverse primerhFUS(R521C) ORF reverse primer 5’-ttaatacggcctctccctgcaa-3’5’-ttaatacggcctctccctgcaa-3’

hFUS(R521C) 유전자를 포함하는 IQ-system Effector diver 플라스미드를 제작하기 위하여 선행연구(Communications biology vol. 4,1 1405. 16 Dec. 2021)에서 제공된 13QUAS:Zsgreen-p2a-terminator-Crystallin alpha:mcherry 플라스미드 벡터를 사용하였다. One-Step sequence- ligation-independent cloning (SLIC) 기법을 사용하여 hFUS(R521C) 유전자를 백터의 p2a 이후, terminator 이전에 삽입하였다. 상기 플라스미드 벡터에서 13QUAS 프로모터는 서열번호 2의 염기서열로 이루어졌으며, terminator는 서열번호 4의 염기서열로 이루어졌다. 플라스미드를 자르기 위해 사용한 효소는 BglII(#R0144S, NEB)이다. 삽입될 유전자를 제작하기 위해 사용된 프라이머는 다음과 같다.To construct the IQ-system Effector diver plasmid containing the hFUS (R521C) gene, the 13QUAS: Zsgreen-p2a-terminator-Crystallin alpha: mcherry plasmid vector provided in a previous study ( Communications biology vol. 4,1 1405. 16 Dec. 2021) was used. The hFUS (R521C) gene was inserted after p2a and before the terminator of the vector using the One-Step sequence-ligation-independent cloning (SLIC) technique. In the plasmid vector, the 13QUAS promoter consisted of the base sequence of SEQ ID NO: 2, and the terminator consisted of the base sequence of SEQ ID NO: 4. The enzyme used to cut the plasmid was BglII (#R0144S, NEB). The primers used to construct the gene to be inserted are as follows.

SLIC_hFUS(R521C)_FSLIC_hFUS(R521C)_F 5’ - GAGAACCCTGGACCTAGATCtATGGCCTCAAACGATTATAC - 3’5’ - GAGAACCCTGGACCTAGATCtATGGCCTCAAACGATTATAC - 3’ SLIC_hFUS(R521C)_RSLIC_hFUS(R521C)_R 5’ - ATACCGTCGACCTCGAGATCTTAATACGGCCTCTCCCTGCA -3’5’ - ATACCGTCGACCTCGAGATCTTAATACGGCCTCTCCCTGCA -3’

플라스미드에 hFUS(R521C) 유전자를 삽입하기 위해 T4 DNA polymerase(#M0203S, NEB)를 사용하였다. 제작된 Effector 플라스미드 DNA는 아래의 구조를 갖는다. T4 DNA polymerase (#M0203S, NEB) was used to insert the hFUS (R521C) gene into the plasmid. The constructed effector plasmid DNA has the structure below.

plasmid : 13QUAS:Zsgreen-p2a-hFUS(R521C)-terminator-Crystallin alpha:mcherry plasmid: 13QUAS:Zsgreen-p2a-hFUS(R521C)-terminator-Crystallin alpha:mcherry

실시예 3 : 형질전환 제브라피쉬 제작Example 3: Production of transgenic zebrafish

신경세포 특이적으로 ALS 유발 유전자 hFUS(R521C)를 발현하는 형질전환 제브라피쉬를 제조하기 위해 IQ-system의 effector line을 제작하였다. 실시예 2에서 제작한 Effector 플라스미드를 제브라피쉬 수정란 1세포기에 유전자전이효소(Transposase)와 함께 미세주입(microinjection)하여 성체(Founder, F0)로 키웠고, 야생형 제브라피쉬와 교배하여 태어난 제브라피쉬(F1) 중 눈에서 적색형광단백질(mcherry)를 발현하는 개체를 선별하여 형질전환 제브라피쉬를 제조하였다.To produce transgenic zebrafish that specifically express the ALS-causing gene hFUS (R521C) in neurons, an effector line of the IQ-system was produced. The effector plasmid produced in Example 2 was microinjected together with transposase into 1-cell zebrafish fertilized eggs, and the eggs were raised to adults (Founders, F0). Transgenic zebrafish were produced by selecting individuals expressing red fluorescent protein (mcherry) in the eyes among the zebrafish (F1) produced by mating with wild-type zebrafish.

드라이버 라인(driver line)인 HuC:QFDBD 2*AD-VP16-Crystallin:EGFP로 형질전환된 제브라피쉬와 교배하여 그 자손세대로부터 신경세포 특이적으로 hFUS(R521C)를 과발현하는 형질전환 제브라피쉬를 제조하였다(도 1). 드라이버 라인에서 QFDBD 2*AD 유전자는 서열번호 1의 염기서열로 이루어졌으며, VP-16은 서열번호 3의 염기서열로 이루어졌다. Transgenic zebrafish that overexpress hFUS (R521C) specifically in neurons were produced from the offspring by crossing with zebrafish transformed with the driver line, HuC:QFDBD 2*AD-VP16-Crystallin:EGFP (Fig. 1). In the driver line, the QFDBD 2*AD gene consisted of the base sequence of SEQ ID NO: 1, and VP-16 consisted of the base sequence of SEQ ID NO: 3.

실시예 4 : 절편 면역조직염색법Example 4: Section immunohistochemical staining

제브라피쉬 배아와 치어는 마취제 (ethyl 3-aminobenzoate methanesulfonate salt, 200 mg/L (MS222, Sigma))를 이용해 마취시킨 후, 4% 파라포름알데하이드 (paraformaldehyde)/PBS (1X phosphate buffered saline)에 넣어 4℃에서 12~18시간 이상 고정시켰다. 고정된 배아와 치어는 1.5% 아가로스 (agarose)/5% 수크로스(sucrose) 용액에 담가 블록으로 만든 후 30% 수크로스 용액에 블록이 평형을 이뤄 가라앉을 때까지 4℃에서 12~18시간 이상 보관하였다. 액체질소에 메틸 부탄올(2-methyl butane)을 담은 스테인리스 컵을 넣은 후 가라 앉은 블록을 물기를 제거해 플라스틱 mold 위로 올린 후, 이를 메틸 부탄올 위에서 얼렸다. 얼린 블록은 저온 절편기(cryostat microtome)를 이용해 14-16㎛ 절편두께로 잘라서 글라스 슬라이드(glass slide)에 붙였다. 절편들이 붙은 글라스 슬라이드는 PBS로 30분 정도 씻어준 후 5% 양 혈청 (sheep serum), 5% 소 알부민 혈청 (bovine serum albumin)/PBS (Blocking solution)에 1시간 이상 반응시킨 후 1차 항체를 blocking solution에 희석하여 이를 4℃에서 12~18시간 이상 반응시켰다. 이후 PBS로 1-2시간 동안 슬라이드를 씻어준 후 blocking solution에 1시간 반응시켰다. 그 후 2차 항체를 blocking solution에 희석해 4℃에서 12~18시간 이상 반응시켰다. 반응 후 조직세포의 핵을 염색하기 위해 blocking solution에 희석한 DAPI로 15분간 상온에서 반응시켰다. 그 후 PBS로 1-2시간 동안 씻어준 후 75%글리세롤/25%PBS 용액 150-200㎕ 가 올려진 커버슬라이드로 슬라이드 글라스를 덮어준 후 형광 사진 촬영을 수행하였다. 실험에 사용 한 1차 및 2차 항체는 다음과 같다. Zebrafish embryos and fry were anesthetized with an anesthetic (ethyl 3-aminobenzoate methanesulfonate salt, 200 mg/L (MS222, Sigma)) and fixed in 4% paraformaldehyde/PBS (1X phosphate buffered saline) at 4°C for 12–18 h. The fixed embryos and fry were immersed in a 1.5% agarose/5% sucrose solution to make blocks, and then stored in a 30% sucrose solution at 4°C for 12–18 h until the blocks equilibrated and sank. After placing the sunken blocks in a stainless steel cup containing methyl butanol (2-methyl butane) in liquid nitrogen, they were placed onto a plastic mold to remove moisture, and then frozen in methyl butanol. The frozen block was cut into 14-16 ㎛ sections using a cryostat microtome and attached to glass slides. The glass slides with the sections attached were washed with PBS for about 30 minutes and then reacted with 5% sheep serum, 5% bovine serum albumin/PBS (Blocking solution) for more than 1 hour. The primary antibody was diluted in blocking solution and reacted at 4℃ for 12-18 hours. After that, the slides were washed with PBS for 1-2 hours and reacted with blocking solution for 1 hour. After that, the secondary antibody was diluted in blocking solution and reacted at 4℃ for 12-18 hours. After the reaction, DAPI diluted in blocking solution was reacted at room temperature for 15 minutes to stain the nuclei of the tissue cells. After washing with PBS for 1-2 hours, the slide glass was covered with a coverslip with 150-200 ㎕ of 75% glycerol/25% PBS solution, and then fluorescence photography was performed. The primary and secondary antibodies used in the experiment are as follows.

1차 항체: 토끼 항-FUS 항체 (rabbit anti-FUS, 1:1000, Invitrogen, Cat. No. PA552610). 2차 항체: 568- 형광 시료가 부착된 2차 항체 (Alexa 568-conjugated secondary antibodies, 1:1000, Invitrogen, Cat. No. A-11011). 세포핵 염색시약: DAPI (D1306, Invitrogen).Primary antibody: rabbit anti-FUS antibody (1:1000, Invitrogen, Cat. No. PA552610). Secondary antibody: Alexa 568-conjugated secondary antibodies (1:1000, Invitrogen, Cat. No. A-11011). Nuclear staining reagent: DAPI (D1306, Invitrogen).

실시예 5 : 온조직-고정 면역조직염색법Example 5: Whole-tissue-fixed immunohistochemical staining

수정 후 1 일차부터 5일차까지의 제브라피쉬에 PTU 처리하였다. 제브라피쉬 치어는 마취제 (ethyl 3-aminobenzoate methanesulfonate salt, 200 mg/L (MS222, Sigma))를 이용해 마취시킨 후, 4% 파라포름알데하이드 (paraformaldehyde)/PBS (1X phosphate buffered saline)에 넣어 4℃에서 12~18시간 이상 고정시켰다. 고정된 치어는 PBS로 30분 정도 씻어준 후 Zebrafish were treated with PTU from day 1 to day 5 after fertilization. Zebrafish fry were anesthetized with an anesthetic (ethyl 3-aminobenzoate methanesulfonate salt, 200 mg/L (MS222, Sigma)) and fixed in 4% paraformaldehyde/PBS (1X phosphate buffered saline) at 4℃ for 12–18 hours. The fixed fry were washed with PBS for about 30 minutes and then

아세톤에 넣어 -20℃에서 7분간 반응시켰다. 이 후 PBS로 2회 씻어주고 10mg/ml의 collagenase에 40분간 반응시켰다. 이후 PBS로 2회 씻어준 후 4% 파라포름알데하이드 (paraformaldehyde)/PBS (1X phosphate buffered saline)에 넣어 20분간 고정 시켰다. 이 후 2회 PBS로 씻어준 후 5% 양 혈청 (sheep serum), 5% 소 알부민 혈청 (bovine serum albumin)/PBS (Blocking solution)에 1시간 이상 반응시킨 후 1차 항체를 blocking solution에 희석하여 이를 4℃에서 12~18시간 이상 반응시켰다. 이후 PBS로 1-2시간 동안 치어를 씻어준 후 blocking solution에 1시간 반응시켰다. 그 후 2차 항체를 blocking solution에 희석해 4℃에서 12~18시간 이상 반응시켰다. 그 후 PBS로 1-2시간 동안 씻어준 후 1.5% low melting agar에 고정 후 형광 사진 촬영을 수행하였다. 실험에 사용 한 1차 및 2차 항체는 다음과 같다. 1차 항체: 마우스 항-acetyl tubulin 항체(mouse anti-acetyl tubulin, 1:1000, Sigma-Aldrich T6793-2ML) 2차 항체: 568- 형광 시료가 부착된 2차 항체 (568-conjugated secondary antibodies, 1:1000, Invitrogen, Cat. No. A-11004).It was placed in acetone and reacted at -20℃ for 7 minutes. After that, it was washed twice with PBS and reacted with 10mg/ml collagenase for 40 minutes. After that, it was washed twice with PBS and fixed for 20 minutes in 4% paraformaldehyde/PBS (1X phosphate buffered saline). After that, it was washed twice with PBS and reacted with 5% sheep serum, 5% bovine serum albumin/PBS (Blocking solution) for more than 1 hour, then the primary antibody was diluted in blocking solution and reacted at 4℃ for 12~18 hours. After that, the fry were washed with PBS for 1~2 hours and reacted with blocking solution for 1 hour. After that, the secondary antibody was diluted in blocking solution and reacted at 4℃ for 12~18 hours. After washing with PBS for 1-2 hours, the sections were fixed on 1.5% low melting agar and subjected to fluorescence photography. The primary and secondary antibodies used in the experiment were as follows. Primary antibody: mouse anti-acetyl tubulin antibody (mouse anti-acetyl tubulin, 1:1000, Sigma-Aldrich T6793-2ML) Secondary antibody: 568-conjugated secondary antibodies (568-conjugated secondary antibodies, 1:1000, Invitrogen, Cat. No. A-11004).

신경근접합부 염색은 위와 동일한 염색법을 통해 진행하였다. 단, 1차 항체는 마우스 항-SV2 항체(SV2, 1:50, DSHB)를 사용하였다. 2차 항체는 568- 형광 시료가 부착된 2차 항체 (568-conjugated secondary antibodies, 1:1000, Invitrogen, Cat. No. A-11004)를 사용하였으며, 알파-번가로톡신(α-bungarotoxin, Alexa Fluor 647 conjugate, 1:1000, Invitrogen, B35450) 과 함께 처리하였다. Staining of the neuromuscular junction was performed using the same staining method as above. However, the primary antibody used was mouse anti-SV2 antibody (SV2, 1:50, DSHB). The secondary antibody used was 568-conjugated secondary antibodies (568-conjugated secondary antibodies, 1:1000, Invitrogen, Cat. No. A-11004), which was treated together with α-bungarotoxin (α-bungarotoxin, Alexa Fluor 647 conjugate, 1:1000, Invitrogen, B35450).

실시예 6 : 제브라피쉬 행동분석Example 6: Zebrafish behavior analysis

제브라피쉬 치어 행동분석은 자동 행동추적 분석프로그램 Ethovision XT12 (Noldus)가 포함된 Danio Vision (Noldus)을 이용하여 수행하였다. 또한, 모든 행동실험은 오전 10시부터 오후 3시까지 수행되었고, 동일 부모 개체(parents)로부터 얻은 자손 개체(sibling)들을 이용하여 실험하였다. 야생형 개체에서 운동 능력이 활발해지고, 질환모델에서의 운동능력 저하가 관찰되는 시점인 수정 후 5일 단계에서 행동분석 실험이 수행되었다. 치어는 28.5℃에서 14시간 빛/10시간 어둠 일주기를 가지는 사육실에서 키웠고, 실험이 수행되기 3시간 전에 48 well-plate으로 옮겼다. 치어의 운동성(locomotion) 측정을 위해서 수정 후 5일 단계 치어를 10분 동안 빛이 있는 조건에서 적응시킨 후, 5분동안 동일한 조건에서 녹화하였다.Zebrafish fry behavioral analysis was performed using Danio Vision (Noldus) with an automatic behavioral tracking analysis program, Ethovision XT12 (Noldus). In addition, all behavioral experiments were performed from 10:00 AM to 3:00 PM, and experiments were conducted using siblings obtained from the same parents. Behavioral analysis experiments were performed at the 5-day post-fertilization stage, when locomotor activity becomes active in wild-type individuals and locomotor activity declines in disease models. The fry were raised in a rearing room with a 14-h light/10-h dark cycle at 28.5°C, and transferred to a 48-well plate 3 h before the experiment. To measure the locomotion of the fry, the 5-day post-fertilization fry were acclimated to the light for 10 min, and then recorded for 5 min under the same conditions.

실시예 7 : 정량적 역전사 중합효소 연쇄 반응 분석Example 7: Quantitative reverse transcription polymerase chain reaction analysis

정량적 역전사 중합효소 연쇄반응은 LightCycler 96 기기(Roche)를 이용하여 수행하였다. 실험에 사용된 cDNA는 행동실험을 수행했던 단계와 동일하게 수정 후 5일 단계의 야생형 자손개체와 질환모델 치어에서 추출된 RNA로 합성되었다. 주형 cDNA 2.5 μl, 0.2 μM 프라이머, 2X Fast Start Essential DNA Green Master Mix (Roche)을 포함한 각 반응 혼합물은 95 ℃10분, 95 ℃10초, 60 ℃10초, 72 ℃10초의 40주기(cycles)으로 이루어진 프로그램 단계를 거쳐 증폭되었다. β-actin, tumor necrosis factor a (tnfa), synaptosome associated protein 25a (snap25a), glutamate receptor (gria1a) 유전자의 발현을 측정하였다.Quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction was performed using a LightCycler 96 instrument (Roche). The cDNA used in the experiment was synthesized from RNA extracted from wild-type offspring and disease model fry 5 days after fertilization at the same stage as the behavioral experiment. Each reaction mixture containing 2.5 μl of template cDNA, 0.2 μM primer, and 2X Fast Start Essential DNA Green Master Mix (Roche) was amplified through a program step consisting of 95 °C for 10 min, 40 cycles of 95 °C for 10 s, 60 °C for 10 s, and 72 °C for 10 s. The expression of β-actin, tumor necrosis factor a (tnfa), synaptosome associated protein 25a (snap25a), and glutamate receptor (gria1a) genes was measured.

실시예 8 : 활성산소 스트레스 농도 분석Example 8: Analysis of active oxygen stress concentration

활성산소 농도 분석은 분석프로그램 SoftMax Pro가 포함된 SpectraMax M2 기기(molecular devices)를 이용하여 수행하였다. 수정 후 1 일차부터 5일차까지의 제브라피쉬에 PTU 처리하였다. 수정 후 5일차에 CellROX Deep Red Reagent(C10422, invitrogen)를 5uM 농도로 30분간 처리하였다. 마취제 (ethyl 3-aminobenzoate methanesulfonate salt, 200 mg/L (MS222, Sigma))를 이용해 마취시킨 후 96 well plate에 한 칸 당 15마리씩 넣어 640/665nm의 형광을 측정하였다. Analysis of reactive oxygen concentration was performed using a SpectraMax M2 instrument (molecular devices) with the analysis program SoftMax Pro. Zebrafish were treated with PTU from day 1 to day 5 after fertilization. On day 5 after fertilization, CellROX Deep Red Reagent (C10422, Invitrogen) was treated at a concentration of 5 μM for 30 minutes. After anesthesia using an anesthetic (ethyl 3-aminobenzoate methanesulfonate salt, 200 mg/L (MS222, Sigma)), 15 fish were placed per well in a 96-well plate, and fluorescence at 640/665 nm was measured.

실시예 9 : 통계적 분석Example 9: Statistical Analysis

모든 통계분석은 GraphPad Prism 7 소프트웨어 프로그램(GraphPad Software)을 사용하여 분석하였다. 두 집단 간의 비교에서는 모집단이 정규분포일 때 스투덴트 비쌍체 t-검사(Student unpaired t-test)를 수행하였고, 모집단이 비정규분포일 때 만-휘트니 U 검사(Mann-Whitney U test)를 수행하였다. 세 집단 이상의 비교에서는 일원분산분석(one way ANOVA)를 수행하였고, 사후검정은 Tukey 검정을 수행하였다. 모든 통계 데이터에서 통계적 유의성은 P 양측 검증 (two-tailed probability)이 0.05미만 일 때 유효성을 가지는 것으로 보았다.All statistical analyses were performed using the GraphPad Prism 7 software program (GraphPad Software). In the comparison between two groups, the Student unpaired t-test was performed when the population was normally distributed, and the Mann-Whitney U test was performed when the population was non-normally distributed. In the comparison of three or more groups, one-way ANOVA was performed, and the Tukey test was performed as a post-hoc test. In all statistical data, statistical significance was considered to be valid when the two-tailed probability of P was less than 0.05.

[실험예][Experimental example]

실험예 1. 근위축성 측삭경화증 질환 모델의 검증Experimental Example 1. Validation of Amyotrophic Lateral Sclerosis Disease Model

선행연구를 통해 정상 세포에서는 핵 안에 위치하여야 하는 FUS 단백질이 돌연변이 FUS 유래 ALS 환자의 뉴런에서는 FUS 단백질이 세포질 내에 잘못 위치 한다는 것이 알려졌다. 본 발명에서 제작한 제브라피쉬 근위축성 측삭경화증 질환모델에서 역시 뉴런의 세포질에 돌연변이 인간 FUS 단백질이 발현되어 있다는 것을 확인하였다(도 2).Previous studies have shown that the FUS protein, which should be located in the nucleus in normal cells, is incorrectly located in the cytoplasm in neurons of ALS patients with mutant FUS. In the zebrafish amyotrophic lateral sclerosis disease model produced in the present invention, it was confirmed that the mutant human FUS protein was expressed in the cytoplasm of neurons (Fig. 2).

근위축성 측삭경화증의 가장 대표적인 증상인 운동성의 감소는 ALS 환자와 다른 질환모델에서 공통적으로 관찰되는 가장 중요한 특성이다. 본 발명에서 제작한 제브라피쉬 근위축성 측삭경화증 질환모델의 행동분석을 통해 수정 후 5일차에서 대조군에 비해 유의미하게 감소된 운동성을 확인하였다(도 3). 또한 이러한 운동성의 감소는 다른 질환모델에서는 성체 때 발생하는 반면에 본 발명에서 제작한 질환 모델의 경우 수정 후 5일 차의 이른 시기에 질병을 발병시켰다. The most representative symptom of amyotrophic lateral sclerosis, decreased motility, is the most important characteristic commonly observed in ALS patients and other disease models. Through behavioral analysis of the zebrafish amyotrophic lateral sclerosis disease model produced in the present invention, it was confirmed that the motility was significantly reduced compared to the control group on the 5th day after fertilization (Fig. 3). In addition, while this decrease in motility occurs in adults in other disease models, in the disease model produced in the present invention, the disease developed early on the 5th day after fertilization.

많은 연구에서 근위축성 측삭경화증 환자와 마우스 질환 모델에서 신경근접합부의 장애와 근육의 탈신경화가 보고되었다. 동일한 현상을 본 발명에서 제작한 제브라피쉬 질환모델에서 확인 가능했다. 수정 후 5일차의 제브라피쉬에서 시넵스 전 마커와 시넵스 후 마커의 연관성을 측정하여 본 결과 대조군에 비해 질환모델에서 감소된 연관성을 보여주는을 확인할 수 있었다(피어슨 상관관계(pearson correlation))(도 4). 이는 신경근접합부에서의 탈신경화가 일어났음을 보여주는 데이터이다. Many studies have reported neuromuscular junction dysfunction and muscle denervation in patients with amyotrophic lateral sclerosis and mouse disease models. The same phenomenon was confirmed in the zebrafish disease model produced in the present invention. The correlation between presynaptic markers and postsynaptic markers was measured in zebrafish 5 days after fertilization, and it was confirmed that the correlation was reduced in the disease model compared to the control group (Pearson correlation) (Fig. 4). This is data showing that denervation occurred at the neuromuscular junction.

근위축성 측삭경화증 환자의 사후조직에서 높은 산화스트레스가 검출된다. 또한 미토콘드리아 장애에 의한 증가된 산화 스트레스는 근위축성 측삭경화증의 기전 연구에서 주목받는 증상이다. 본 발명에서 제작한 제브라피쉬 근위축성 측상경화증 질환모델에서 수정 후 5일차에 증가된 활성산소에 의한 산화스트레스를 확인할 수 있다(도 5)High oxidative stress is detected in postmortem tissues of patients with amyotrophic lateral sclerosis. In addition, increased oxidative stress due to mitochondrial dysfunction is a symptom that is receiving attention in the study of the mechanism of amyotrophic lateral sclerosis. In the zebrafish amyotrophic lateral sclerosis disease model produced in the present invention, increased oxidative stress due to active oxygen was confirmed on the 5th day after fertilization (Fig. 5).

근위축성 측삭경화증를 포함하는 신경퇴행성질환은 신경염증이 발생한다고 알려져 있다. 신경염증에 관여하는 사이토카인 중 TNFα는 실제 근위축성 측삭경화증 환자와 마우스 모델에서 매우 증가한다고 알려져 있다. 본 발명에서 제작한 제브라피쉬 질환모델에서 정량적 역전사 중합효소 연쇄 반응분석을 통한 TNFα의 발현양을 확인 해본 결과 대조군에 비해 유의하게 증가한 것을 확인하였다(도 6). 이는 염증 반응의 증가를 나타낼 수 있는 데이터이다. 이외에도 근위축성 측삭경화증과 관련이 있다고 알려져 있는 유전자들의 발현 양을 확인해본 결과 시냅스와 관련된 단백질들의 RNA의 발현 균형이 무너진 것을 확인할 수 있었다. 시냅스의 RNA 불균형은 기존의 근위축성 측삭경화증 연구에서 보고된 적 있다.Neurodegenerative diseases including amyotrophic lateral sclerosis are known to cause neuroinflammation. Among the cytokines involved in neuroinflammation, TNFα is known to be greatly increased in actual amyotrophic lateral sclerosis patients and mouse models. In the zebrafish disease model produced in the present invention, the expression level of TNFα was confirmed through quantitative reverse transcription polymerase chain reaction analysis, and it was confirmed that it significantly increased compared to the control group (Fig. 6). This is data that can indicate an increase in the inflammatory response. In addition, the expression level of genes known to be related to amyotrophic lateral sclerosis was confirmed to be imbalanced in the expression of RNA of proteins related to synapses. Synaptic RNA imbalance has been reported in previous studies on amyotrophic lateral sclerosis.

실험예 2. 제브라피쉬 근위축성 측삭경화증 질환 모델을 이용한 약물 유효성 분석Experimental Example 2. Drug Efficacy Analysis Using Zebrafish Amyotrophic Lateral Sclerosis Disease Model

실험예 1에서 수행된 실험을 응용하여 신약 스크리닝을 위한 약물 유효성 분석이 가능하다. 근위축성 측삭경화증에 질병 진행을 억제시키는 약물을 이용하여 본 발명에서 제작한 제브라피쉬 근위축성 측삭경화증 질환모델에서의 유효성을 평가하였다. 수정 후 3일차부터 5일차까지의 제브라피쉬에 약물 처리하였다. 0.1% 다이메틸 설폭사이드(dymethyl sulfoxide, DMSO)가 포함된 배아 배지에 약물을 용해시켜 처리하였다. 이 후 수정 후 3일차와 5일차의 제브라피쉬에서 분석을 진행하였다(도 7). 약물은 FDA 승인된 근위축성 측삭경화증 치료제인 리루졸(Riluzole) 5uM, 에다라본(edaravone) 10uM 을 사용하였다.The experiment performed in Experimental Example 1 can be applied to drug efficacy analysis for new drug screening. The efficacy of a drug that inhibits disease progression in amyotrophic lateral sclerosis was evaluated in a zebrafish amyotrophic lateral sclerosis disease model produced in the present invention. Drugs were treated to zebrafish from day 3 to day 5 after fertilization. The drugs were dissolved in embryo medium containing 0.1% dimethyl sulfoxide (DMSO) and treated. Thereafter, analysis was performed on zebrafish on days 3 and 5 after fertilization (Fig. 7). The drugs used were Riluzole 5uM and edaravone 10uM, FDA-approved amyotrophic lateral sclerosis treatment drugs.

본 발명에서 제작한 제브라피쉬 질환모델을 이용하여 운동능력 회복에서의 약물 유효성 평가를 진행하였다. 수정 후 3일차의 질환모델에서는 유의미한 운동능력 감소가 발생한 것에 반해, 에다라본 약물을 처리한 그룹의 운동능력은 통계학적으로 유의미한 수준으로 회복한 것을 확인할 수 있다. 하지만 수정 후 5일차의 제브라피쉬에서 약물을 처리하지 않은 질환모델과 동일한 수준으로 운동능력의 감소가 발생한 것을 확인할 수 있다(도 8). 이러한 결과는 에다라본이 질환모델에서의 질병의 진행을 유의미하게 지연시킨다는 것을 의미한다. 이는 실제 임상에서의 에다라본 효능과 동일하다. 이 실험 방법을 사용하여 약물 유효성 평가를 진행한다면, 현재 시판되고 있는 약물보다 더 좋은 치료 효과를 나타내는 신약을 스크리닝할 수 있다. The drug efficacy in recovery of motor ability was evaluated using the zebrafish disease model produced in the present invention. In the disease model on the third day after fertilization, a significant decrease in motor ability occurred, whereas the motor ability of the group treated with the edaravone drug recovered to a statistically significant level. However, in the zebrafish on the fifth day after fertilization, a decrease in motor ability occurred at the same level as the disease model that was not treated with the drug (Fig. 8). These results indicate that edaravone significantly delays the progression of the disease in the disease model. This is the same as the efficacy of edaravone in actual clinical practice. If a drug efficacy evaluation is conducted using this experimental method, a new drug that exhibits a better therapeutic effect than currently commercially available drugs can be screened.

정량적 역전사 중합효소 연쇄 반응 분석을 통해 신경염증에 관여하는 사이토카인인 TNFa와 시넵스 관련 유전자 발현 양을 확인하여 근위축성 측삭경화증 치료제인 Riluzole의 유효성을 평가하였다. 그 결과 TNFa와 gria1a의 발현 이상이 약물을 처리하지 않은 그룹에 비해 유의미하게 회복된 것을 확인할 수 있었다(도 9). The efficacy of Riluzole, an amyotrophic lateral sclerosis treatment, was evaluated by quantitative reverse transcription polymerase chain reaction analysis to determine the expression levels of TNFa, a cytokine involved in neuroinflammation, and synapse-related genes. As a result, it was confirmed that the expression abnormalities of TNFa and gria1a were significantly recovered compared to the group that was not treated with the drug (Fig. 9).

위와 같은 방식으로 신약 후보 물질들의 유효성을 평가할 수 있으며, 이외에도 실험예 1에서 수행되었던 실험들에서 나타났던 질환모델의 장애 정량법을 응용하여 약물 유효성을 평가할 수 있다.The efficacy of new drug candidates can be evaluated in the above manner, and in addition, the drug efficacy can be evaluated by applying the disease model disability quantification method shown in the experiments performed in Experimental Example 1.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described with limited drawings as described above, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, even if the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or are replaced or substituted by other components or equivalents, appropriate results can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also included in the scope of the claims described below.

<110> Korea University Research and Buisness Foundation <120> Demyelinating disease animal model using transgenic zebrafish and manufacturing method thereof <130> APC-2022-0327 <160> 4 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 681 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> QFDBD 2*AD <400> 1 atgccgccta aacgcaagac actcaatgcc gctgccgaag ccaatgccca cgctgatggc 60 catgctgatg gcaatgctga tggtcatgtc gctaacactg cagcaagcag caacaacgcc 120 cgttttgcgg acttgaccaa cattgacaca cccggcctcg gccctaccac gacgacgtta 180 cttgtcgagc ccgctcgttc gaaacgccag agagtctcga gggcctgtga tcagtgtcga 240 gctgcacgtg aaaagtgtga tggaatccag ccggcttgct tcccctgtgt gtcgcagggc 300 cggtcgtgta cctaccaggc cagtcccaag aagcgaggag tccagacggg ctacatccgc 360 actctcgaac tggctctggc ttggatgttc gagaacgttg cccgcagcga ggacgccctc 420 cacaatcttt tggtccgtga tgctggccag ggcagcgctc tcctggtcgg caaagactcg 480 cctgctgcag aacgcctgca tgcaagatgg gcgacgagtc gagtcaacaa aagcatcacc 540 cgtcttctct caggtcaggc cgcacaagat ccatctgaag acggccaatc cccgtccgaa 600 gacataaatg tccaagatca ggccgcacaa gatccatctg aagacggcca atccccgtcc 660 gaagacataa atgtccaaga t 681 <210> 2 <211> 244 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 13QUAS promoter <400> 2 gggtaatcgc ttatcctcgg ataaacaatt atcctcacgg gtaatcgctt atccgctcgg 60 gtaatcgctt atcctcgggt aatcgcttat cctcgggtaa tcgcttatcc tcggataaac 120 aattatcctc acgggtaatc gcttatccgc tcgggtaatc gcttatcctc ggataaacaa 180 ttatcctcac gggtaatcgc ttatccgctc gggtaatcgc ttatcctcgg gtaatcgctt 240 atcc 244 <210> 3 <211> 126 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> VP16 <400> 3 caggccgcac aagatccatc tgaagacggc caatccccgt ccgaagacat aaatgtccaa 60 gatcaggccg cacaagatcc atctgaagac ggccaatccc cgtccgaaga cataaatgtc 120 caagat 126 <210> 4 <211> 1205 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> terminator <400> 4 ctagtaatta agtctcagcc accgttaact gaacatgtca aaacctgtgg agactgttga 60 gatttgatgt tctgaaaaga taaagcctat aaataaaatg ttgcccaaat ttcctgcctg 120 atgtttttct ttgtctttgc tacatggctt tgctgctcgg atcggctcac tctgtgtatg 180 ccacgttcac tttgtactct ccttctcacg gtaggtttat tatttttaga tgtgcagtta 240 gtttctgtga aataacacac cacacactga tattgtctgt gcattgactt ggtgagtgca 300 cattgttttt gatcttgaca tatttatatt tgattgatca ggtgaactgt gtgaatctaa 360 agtgctccat acagatgttc tgcattgaaa atattctcat tttattagtg gaagtgagtg 420 tatgccacat ccaatcaatt tcagcaaaca ccccagtatg atttaatgca aaaaaatgaa 480 ggtatcaaac acgcattact actttgcagt taaatattta acatttattc caacacgaaa 540 aaaagcagta aataacactt tgacaaacac gtcaggacat cttatttttg tcaccctcac 600 aggcaattta gtataatata ttatatatat atatatatca tataataata ttcagtataa 660 tatatatata tatatcatat tataatattc agtataatat aaaacacaaa cacatatatg 720 tataatataa tataacattt ttatttattg agatgcctct atggaccgtg ttataagaag 780 taaagatcag gagaagtaaa catgaagtgt aattatgaat actgatgtta aattaagcta 840 tgatgagttt tcactgttaa tttaccatct caattaaatg ttgatgcctc catgaccaag 900 ttaagcagat gagactgaga caactgtaga agacaagatg ttcactttgc tgaatatagc 960 tggcttgaca gttatctatg actctataaa tatatatata tttttttttt tataaaatga 1020 tttatttata actatatatc catttctcag acaggtgctt catatccctc actcccgtag 1080 ctgtccatgc tggatctgtc cccgttgttt ttaaaaagct aaataagtta ttaacatgac 1140 tgcatccagc gagccaaacc tgtctggtgt acagctacca gagaagcttg agatcctagt 1200 caccg 1205 <110> Korea University Research and Business Foundation <120> Demyelinating disease animal model using transgenic zebrafish and manufacturing method <130> APC-2022-0327 <160> 4 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 681 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> QFDBD 2*AD <400> 1 atgccgccta aacgcaagac actcaatgcc gctgccgaag ccaatgccca cgctgatggc 60 catgctgatg gcaatgctga tggtcatgtc gctaacactg cagcaagcag caacaacgcc 120 cgttttgcgg acttgaccaa cattgacaca cccggcctcg gccctaccac gacgacgtta 180 cttgtcgagc ccgctcgttc gaaacgccag agagtctcga gggcctgtga tcagtgtcga 240 gctgcacgtg aaaagtgtga tggaatccag ccggcttgct tcccctgtgt gtcgcagggc 300 cggtcgtgta cctaccaggc cagtcccaag aagcgaggag tccagacggg ctacatccgc 360 actctcgaac tggctctggc ttggatgttc gagaacgttg cccgcagcga ggacgccctc 420 cacaatcttt tggtccgtga tgctggccag ggcagcgctc tcctggtcgg caaagactcg 480 cctgctgcag aacgcctgca tgcaagatgg gcgacgagtc gagtcaacaa aagcatcacc 540 cgtcttctct caggtcaggc cgcacaagat ccatctgaag acggccaatc cccgtccgaa 600 gacataaatg tccaagatca ggccgcacaa gatccatctg aagacggcca atccccgtcc 660 gaagacataa atgtccaaga t 681 <210> 2 <211> 244 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 13QUAS promoter <400> 2 gggtaatcgc ttatcctcgg ataaacaatt atcctcacgg gtaatcgctt atccgctcgg 60 gtaatcgctt atcctcgggt aatcgcttat cctcgggtaa tcgcttatcc tcggataaac 120 aattatcctc acgggtaatc gcttatccgc tcgggtaatc gcttatcctc ggataaaacaa 180 ttatcctcac gggtaatcgc ttatccgctc gggtaatcgc ttatcctcgg gtaatcgctt 240 atcc 244 <210> 3 <211> 126 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> VP16 <400> 3 caggccgcac aagatccatc tgaagacggc caatccccgt ccgaagacat aaatgtccaa 60 gatcaggccg cacaagatcc atctgaagac ggccaatccc cgtccgaaga cataaatgtc 120 caagat 126 <210> 4 <211> 1205 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> terminator <400> 4 ctagtaatta agtctcagcc accgttaact gaacatgtca aaacctgtgg agactgttga 60 gatttgatgt tctgaaaaga taaagcctat aaataaaatg ttgcccaaat ttcctgcctg 120 atgtttttct ttgtctttgc tacatggctt tgctgctcgg atcggctcac tctgtgtatg 180 ccacgttcac tttgtactct ccttctcacg gtaggtttat tatttttaga tgtgcagtta 240 gtttctgtga aataacacac cacacactga tattgtctgt gcattgactt ggtgagtgca 300 cattgttttt gatcttgaca tatttatatt tgattgatca ggtgaactgt gtgaatctaa 360 agtgctccat acagatgttc tgcattgaaa atattctcat tttattagtg gaagtgagtg 420 tatgccacat ccaatcaatt tcagcaaaca ccccagtatg atttaatgca aaaaaatgaa 480 ggtatcaaac acgcattact actttgcagt taaatattta acatttattc caacacgaaa 540 aaaagcagta aataacactt tgacaaacac gtcaggacat cttatttttg tcaccctcac 600 aggcaattta gtataatata ttatatatat atatatatca tataataata ttcagtataa 660 tatatatata tatatcatat tataatattc agtataatat aaaacacaaa cacatatatg 720 tataatataa tataacattt ttatttattg agatgcctct atggaccgtg ttataagaag 780 taaagatcag gagaagtaaa catgaagtgt aattatgaat actgatgtta aattaagcta 840 tgatgagttt tcactgttaa tttaccatct caattaaatg ttgatgcctc catgaccaag 900 ttaagcagat gagactgaga caactgtaga agacaagatg ttcactttgc tgaatatagc 960 tggcttgaca gttatctatg actctataaa tatatatata tttttttttt tataaaatga 1020 tttatttata actatatatc catttctcag acaggtgctt catatccctc actcccgtag 1080 ctgtccatgc tggatctgtc cccgttgttt ttaaaaagct aaataagtta ttaacatgac 1140 tgcatccagc gagccaaacc tgtctggtgt acagctacca gagaagcttg agatcctagt 1200 caccg 1205

Claims (14)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete (1) 하기 (A) 및 (B) 단계를 포함하는 제1 형질전환 제브라피쉬 제조단계:
(A) HuC 프로모터 하에서 작동하는 QFDBD 2*AD 유전자 발현용 카세트가 포함된 제1 플라스미드 벡터 제조단계 및
(B) 상기 (A) 단계에서 제조한 제1 플라스미드 벡터를 제브라피쉬 수정란에 형질전환하는 단계.
(2) 하기 (a) 및 (b) 단계를 포함하는 제2 형질전환 제브라피쉬 제조단계:
(a) 13QUAS 프로모터 하에서 작동하는 인간 유래의 FUS 돌연변이(hFUS(R521C)) 유전자및 이펙터 리포터 유전자 발현용 카세트가 포함된 제2 플라스미드 벡터 제조단계 및
(b) 상기 (a) 단계에서 제조한 제2 플라스미드 벡터를 제브라피쉬 수정란에 형질전환하는 단계
(3) 상기 (1) 및 (2) 단계에서 형질전환된 제브라피쉬 수정란을 배양하여 성체(F0)로 발달시키는 단계;
(4) 상기 제1 및 제2 형질전환 제브라피쉬 성체를 서로 교배하는 단계; 및
(5) 상기 (4) 단계에서 교배 후 확보된 제브라피쉬 중에서 리포터 유전자를 발현하는 제브라피쉬(F1)을 선별하는 단계;를 포함하는 근위축성 측삭경화증 제브라피쉬 동물모델 제조방법으로서,
상기 (1) 단계 및 (2) 단계는 동시에 또는 순차로 수행될 수 있으며, 순차로 수행되는 경우 (1) 단계와 (2) 단계의 순서는 무관한 것인, 제조방법.
(1) A first transgenic zebrafish production step comprising the following steps (A) and (B):
(A) A first plasmid vector production step containing a cassette for expression of the QFDBD 2*AD gene operating under the HuC promoter, and
(B) A step of transforming the first plasmid vector manufactured in step (A) into a zebrafish fertilized egg.
(2) A second transgenic zebrafish production step comprising the following steps (a) and (b):
(a) a second plasmid vector production step including a human-derived FUS mutant (hFUS (R521C)) gene operating under the 13QUAS promoter and a cassette for expression of an effector reporter gene; and
(b) a step of transforming the second plasmid vector manufactured in step (a) into a zebrafish fertilized egg;
(3) A step of culturing the transformed zebrafish fertilized eggs in steps (1) and (2) and developing them into adults (F0);
(4) a step of mating the first and second transgenic zebrafish adults with each other; and
(5) A method for producing an amyotrophic lateral sclerosis zebrafish animal model, comprising: a step of selecting zebrafish (F1) expressing a reporter gene from among the zebrafish obtained after mating in step (4);
A manufacturing method wherein steps (1) and (2) above can be performed simultaneously or sequentially, and if performed sequentially, the order of steps (1) and (2) is irrelevant.
제6항에 있어서,
상기 (B) 및 (b) 단계는 (A) 및 (a) 단계에서 제조한 각 플라스미드 벡터를 제브라피쉬 수정란 1세포기에 유전자전이효소(transposase)와 함께 미세주입 (microinjection)하여 수행되는 것인, 동물모델 제조방법.
In Article 6,
A method for producing an animal model, wherein steps (B) and (b) above are performed by microinjecting each plasmid vector produced in steps (A) and (a) together with transposase into a 1-cell zebrafish fertilized egg.
제6항에 있어서,
상기 (A) 단계에서 제1 플라스미드 벡터는 프로모터 하에서 작동가능하게 연결된 제1리포터 유전자를 포함하고,
상기 (1) 단계는 (B) 단계 이후에 (C) 제1리포터 유전자를 발현하는 개체를 선별하는 단계를 추가로 포함하는 것인, 동물모델 제조방법.
In Article 6,
In the above step (A), the first plasmid vector comprises a first reporter gene operably linked under a promoter,
A method for producing an animal model, wherein step (1) further comprises a step (C) of selecting an individual expressing a first reporter gene after step (B).
제6항에 있어서,
상기 (a) 단계에서 제2 플라스미드 벡터는 프로모터 하에서 작동가능하게 연결된 제2리포터 유전자를 포함하고,
상기 (2) 단계는 (b) 단계 이후에 (c) 제2리포터 유전자를 발현하는 개체를 선별하는 단계를 추가로 포함하는 것인, 동물모델 제조방법.
In Article 6,
In step (a) above, the second plasmid vector comprises a second reporter gene operably linked under a promoter,
A method for producing an animal model, wherein the step (2) further comprises a step (c) of selecting an individual expressing a second reporter gene after the step (b).
제6항에 있어서,
상기 (b) 단계에서 hFUS(R521C) 유전자와 이펙터 리포터 유전자는 자가 절단 펩타이드(self-cleaving peptide)를 암호화하는 유전자로 연결된 것인, 동물모델 제조방법.
In Article 6,
A method for producing an animal model, wherein in the step (b) above, the hFUS (R521C) gene and the effector reporter gene are linked to a gene encoding a self-cleaving peptide.
제6항, 제8항, 또는 제9항에 있어서,
상기 이펙터 리포터 유전자는 형광 단백질을 암호화하는 유전자인, 동물모델 제조방법.
In clause 6, clause 8, or clause 9,
A method for producing an animal model, wherein the above effector reporter gene is a gene encoding a fluorescent protein.
제11항에 있어서,
상기 리포터 유전자는 루시퍼라제(luciferase), 녹색 형광 단백질(GFP), 변형된 녹색 형광 단백질(modified green fluorescent protein; mGFP), 증강된 녹색 형광 단백질(enhanced green fluorescentprotein; EGFP), 적색 형광 단백질(red fluorescent protein; RFP), 변형된 적색 형광 단백질(modified red fluorescent protein; mRFP), 증강된 적색 형광 단백질(ERFP), 청색 형광 단백질(BFP), 증강된 청색 형광 단백질(EBFP), 황색 형광 단백질(YFP), 증강된 황색 형광 단백질(EYFP), 남색 형광 단백질(CFP) 및 증강된 남색 형광 단백질(ECFP)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것인, 동물모델 제조방법.
In Article 11,
A method for producing an animal model, wherein the reporter gene is at least one selected from the group consisting of luciferase, green fluorescent protein (GFP), modified green fluorescent protein (mGFP), enhanced green fluorescent protein (EGFP), red fluorescent protein (RFP), modified red fluorescent protein (mRFP), enhanced red fluorescent protein (ERFP), cyan fluorescent protein (BFP), enhanced cyan fluorescent protein (EBFP), yellow fluorescent protein (YFP), enhanced yellow fluorescent protein (EYFP), cyan fluorescent protein (CFP), and enhanced cyan fluorescent protein (ECFP).
제6항의 방법으로 제조된 근위축성 측삭경화증 제브라피쉬 동물모델.Zebrafish animal model of amyotrophic lateral sclerosis prepared by the method of claim 6. (가) 제13항의 근위축성 측삭경화증 제브라피쉬 동물모델에 후보물질을 처리하는 단계;
(나) 상기 후보물질을 처리한 동물과 후보물질을 처리하지 않은 근위축성 측삭경화증 제브라피쉬 동물모델에서 하기 (1) 내지 (5)로 이루어진 근위축성 측삭경화증 질환의 증상 및/또는 상기 질환의 바이오마커 중 하나 이상을 측정하는 단계: 및
(1) 운동성
(2) 신경근접합부에서 탈신경화
(3) 산화 스트레스
(4) TNF-α 발현 수준
(5) gria1a 발현 수준
(다) 상기 후보물질을 처리한 동물이 후보물질을 처리하지 않은 동물보다 운동성이 증가되거나, 신경근접합부에서 탈신경화의 발생 빈도가 높거나, 산화 스트레스가 감소하거나 TNF-α의 발현 수준이 감소 및/또는 gria1a의 발현 수준이 증가하는 경우 상기 후보물질을 근위축성 측삭경화증 질환의 치료 물질로 선별하는 단계;를 포함하는 근위축성 측삭경화증 질환의 약물 스크리닝 방법.
(a) A step of treating a candidate substance to an amyotrophic lateral sclerosis zebrafish animal model of Article 13;
(I) a step of measuring one or more of the symptoms of amyotrophic lateral sclerosis disease and/or biomarkers of the disease, consisting of the following (1) to (5), in an amyotrophic lateral sclerosis zebrafish animal model treated with the candidate substance and not treated with the candidate substance: and
(1) Motility
(2) Denervation at the neuromuscular junction
(3) Oxidative stress
(4) TNF-α expression level
(5) gria1a expression level
(d) A method for screening drugs for amyotrophic lateral sclerosis, comprising: a step of selecting the candidate substance as a therapeutic substance for amyotrophic lateral sclerosis when an animal treated with the candidate substance shows increased motility, a higher incidence of denervation at the neuromuscular junction, a decrease in oxidative stress, a decrease in the expression level of TNF-α, and/or an increase in the expression level of gria1a compared to an animal not treated with the candidate substance.
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