국내 연구 동향 2014년 6월

1. Positive feedback loop between Sox2 and Sox6 inhibits neuronal differentiation in the developing central nervous system.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2014 Feb 18;111(7):2794-9.

교신저자: 김재상 교수 (이화여자대학교)

뇌신경줄기세포 (Neural stem cells:NSCs) 또는 뇌신경전구세포 (Neural progenitor cells:NPCs) 의 경우 분화를 통해 신경세포 (Neuronal cells)이나 교모세포 (Glial cells)로 분화하지만 NPCs의 Self-renewal을 통해 일정수준의 개체수 유지를 하고 있다. 저자는 in vivo 동물 모델 연구를 통해 뇌신경줄기세포의 대표적 전사인자인 Sox2 에 의한 뇌신경줄기세포의 sefl-renewal 의 과정이 Sox6 라는 SoxD subfamily 단백질이 Sox2에 의해 증가하면서 NPCs의 분화를 억제하고 self-renewal을 유지하는 데 중요한 기능을 하고 있음을 규명하였다.

2. Dominant Role of Peroxiredoxin/JNK Axis in Stemness Regulation During Neurogenesis from Embryonic Stem Cells
Stem Cells. 2014 Apr;32(4):998-1011

교신저자: 이동석 교수(경북대학교), 유대열 교수(이화여자대학교)

배아줄기세포 (ESCs) 의 경우 산화/환원 반응의 balance가 배아줄기세포의 줄기세포성을 유지하는 데 매우 중요한 요인중에 하나이다. 최근 활성산소의 증가에 의한 산화적 스트레스에 매우 취약한 배아줄기세포의 경우 활성산호 (ROS) 생성을 억제하거나 활성산소에 의한 스트레스 반응을 제어하는 분자 기작이 잘 발달되어 있다. 저자들은 Peroxiredoxin 1 (Prx1)라는 Anti-oxidant Enzyme 이 특이 미분화 배아줄기세포에 Oct-4 의존적으로 발현됨을 확인하였다. 특히 Prx I 또는 Prx II 결핍 ESCs 의 경우 증가되는 ROS 에 의해 ESCs의 줄기세포성을 잃으며 신경세포로 분화됨을 확인하였다. 이러한 신경세포로의 분화는 JNK 신호 활성을 억제함으로써 제어됨으로 보아, Prx 는 ROS에 의한 JNK 신호 활성을 제어함으로써 배아줄기세포의 줄기세포성 유지에 기여하고 있음을 규명하였다.

3. NFI-C regulates osteoblast differentiation via control of Osterix expression
Stem Cells. 2014 May 6. doi: 10.1002/stem.1733.

교신저자: 박주철 교수(서울대학교)

노화에 의한 골다공증 (osteoporesis)의 증가는 골수에 존재하는 bone marrow stromal cells (BMSCs)의 osteogenesis의 감소와 adiopogenesis의 증가와 관련이 높은 것으로 알려져 있다. Nuclear factor I (NFI) 는 포유류에 매우 conserved 되어 있는 전사인자로 Osteoblast 와 Osteoblast-like cells에 발현이 알려져있다. 저자는 BMSCs에서 노화 진행에 따라 NFIC 유전자 발현의 감소를 관찰하였으며, NFIC 결핍 생쥐 모델에서 노화에서 발견되는 osteoporosis 표현형과 BMSCs의 Osteoblast로의 분화 감소 및 Adioocyte 로의 분화 증가를 확인하였다. 이와 반대로 NFIC 의 재발현으로 BMSCs의 ostoblast 분화력을 회복시킬 수 있었으며, NFIC의 osteoblast 분화 조절은 BMP-2 신호에 의한 Runx2 의 활성이 NFIC 의 발현을 촉진시키고 따라서 NFIC의 발현에 의한 직접적인 Osx 의 증가에 의한 것으로 확되었다.

4. Critical role for NAD glycohydrolase in regulation of erythropoiesis by hematopoietic stem cells through control of intracellular NAD content
J Biol Chem. 2014 Apr 23. [Epub ahead of print]

교신저자: 김우현 교수(전북대학교)

NAD glycohydrolase (NADases) 는 NAD를 ADP-ribose와 nicotinamide 로 가수분해하는 효소이다. 이 효소는 reticulocyte의 surface 에 Gycosylation되어 발현되어 있다. Bone marrow 세포에 NADase의 발현을 knockdown 기법으로 억제하였을 경우 Erythorid colony의 감소와 NAD 의 양적인 증가를 확인할 수 있다. 정상 세포에 NAD를 처리함으로써도 같은 결과를 확인한 것으로 보아, 이러한 NADase의 활성감소가 NAD의 양적인 변화를 야기하여 hematopoietic stem cells에서 erythroid progenitor 의 생성을 억제하는 것으로 보인다.

5. Highly efficient RNA-guided genome editing in human cells via delivery
of purified Cas9 ribonucleoproteins.
Genome Res. 2014 Apr 30.

교신저자: 김진수 교수(서울대학교 IBS 센터)

CRISP/Cas를 이용한 RNA-guided engineered nuclease (RGENs)은 세포와 동물, 식물에서 특정 유전자를 수정할 수 있는 Genome editing tool로써 널리 연구되고 있다. 하지만, 드물게 일어나는 off-target 효과나 또는 Cas9 발현을 위해 세포에 plasmid 형태로 전달한 Cas9유전자의 genetic integration 이 일어날 가능성을 배제할 수 없다. 이와 같은 예상치 못한 off-target 효과를 회피하기 위해 Cas9 단백질과 guide RNA를 transferction 효율이 낮은 세포(fibroblast 나 pluripotent stem cells: PSCs) 에 직접 전달하여, site specific muation을 높은 효율로 일으킬 수 있다. 또한 Cas9 단백질과 RGEN ribonucleoproteins (RNP)는 세포 내부에서 빨리 degradation 되기 때문에 장기간 발현으로 일어나는 다양한 off-target 효과를 줄일 수 있다. 이러한 human PSCs 에 site specific mutation을 야기하는 genomic engineering 은 disease modeling에 매우 중요한 기술이 될 것이다.

6. Molecular Integration of HoxB4 and STAT3 for Self-Renewal of Hematopoietic Stem Cells: A Model of Molecular Convergence for Stemness

Stem Cells 2014
교신저자: 오일환 (카톨릭대학교)

Hematopoietic stem cells (HSCs)의 self-renewal은 HoxB4의 과발현에 의해 증진될 수 있고, 또한 이와 비슷하게 STAT3 신호에 의해서도 활성화 될 수 있다. 이 연구에서는 HSC의 in vitro self-renewal과 in vivo repopulation 활성에 HoxB4와 STAT3 간의 분자적 상호 연관성을 연구하였다. 두개의 전사인자는 각각 활성을 가지나 동시에 발현되었을 때 상승효과를 나타내지는 않았다. STAT3의 활성은 HoxB4의 활성에 영향을 주지 않았으나, STAT3의 활성의 억제는 HoxB4의 활성효과를 감소시켰다. 마이크로어레이 결과, STAT3와 HoxB4에 의한 transcriptome의 유사하게 나왔고, 두 전사인자에 의해 변화되는 transcriptional change, 특히 Oct4와 Nanog 도 유사하였다. 이 연구 결과는 줄기세포의 기능이 이러한 기능을 조절하는 다양한 전사인자들의 molecular convergence에 의해 조절된다는 점을 제안하고 있다.

7. Direct conversion of mouse fibroblasts into induced neural stem cells

Nature Protocol 2014
교신저자: 한동욱 (건국대학교)

최종적으로 분화된 체세포는 직접교차를 통해 전분화능 상태를 피하고서도 다른 여러 종류의 체세포로 바뀔 수가 있다. 그러나 기존의 직접교차는 매우 효율이 낮기 때문에 많은 양의 세포를 얻기는 힘들다. 본 연구에서는 체세포를 in vitro에서 증식할 수 있는 neural stem cell로 직접적으로 전환시켜서 낮은 효율의 리프로그래밍의 단점을 극복하고자 하였다. 본 연구에서는 4개의 전사인자 (Sox2, Klf4, Myc, Brn4)를 체세포에 도입하여, 전분화능 상태를 거치지 않고 4-5주만에 neural stem cell을 만들었다. 그리고 이 neural stem cell이 neuron, astrocyte, oligodendrocyte로 분화 할 수 있음을 확인하였다.

8. In vivo osteogenic differentiation of human turbinate mesenchymal stem cells in an injectable in situ-forming hydrogel

Biomaterials 2014
교신저자: 김문석 (아주대학교)

새로운 성체줄기세포의 종류인 human turbinate mesenchymals stromal cells (hTMSCs; 비갑개 중간엽 줄기세포)는 간단한 수술을 통해 얻을 수 있고, MSC 표지 인자와 유사함을 보이며 증식률도 뛰어나다. hTMSCs는 체내 (in vitro) 골분화조건에서 골분화가 잘 됨을 확인하였다. 또한 체내 (in vivo)에서 골세포로의 분화능을 확인하기 위해 injectable hydrogel을 이용하였다. 세포를 온도-의존적으로 gel을 형성하는 methoxy polyethylene glycol-polycaprolactone block copolymer (MPEG-PCL(MP)) 용액에 섞었다. 세포가 섞여있는 MP용액은 동물 내로 주사된 즉시 hydrogel을 형성하였고, hydrogel 내 세포는 12주간 생존했다. 주입된 세포는 osteoblast로 분화되었고, Alizarin Red, von Kossa, alkaline phosphatase 염색을 통해 기능을 확인하였다. 이 연구는 hTMSCs가 injectable hydrogel을 이용하여 동물에 주입하였을 때 골세포로 분화한다는 결과를 보여준 최초의 연구이며, 향후 성체줄기세포를 이용하여 골분화 형성과 적용하는 임상치료에 많은 기여를 할 것으로 제안하고 있다.

9. Autophagy Regulates Homeostasis of Pluripotency-Associated Proteins in hESCs

Stem Cells 2014
교신저자: 한용만 (KAIST)

배아줄기세포의 전분화능은 여러 전분화능 관련 단백질 (Pluripotency-Associated Proteins )들에 의해 유지되는데, 이런 단백질들의 항상성 조절은 많이 알려져 있지 않다. 저자들은 본 연구에서 자가포식 (autophagy)이 인간 배아줄기세포에서 ubiquitin-proteasome system (UPS)과 함께 전분화능 관련 단백질들의 발현수준을 조절한다는 사실을 밝혀냈다. 자가포식의 억제는 전분화능 관련 단백질들이 충분히 존재하더라도 전분화능을 감소시킨다. OCT4단백질이 autophagosome내에 존재함을 확인하였다. 또한, LC3의 knockdown은 배아줄기세포 내에 전분화능 관련 단백질의 축적을 유발하고 전분화능을 감소시킨다. 본 연구에서 자가포식 감소는 세포질과 핵내에 존재하는 전분화능 관련 단백질의 축적을 높이고, UPS 억제는 핵 내의 전분화능 관련 단백질들을 분해시킴을 확인하였다. 이러한 결과를 통해 자가포식이 전분화능 관련 단백질들의 항상성 조절에 관여함을 알려주고, 향후 이들이 전분화능 조절에 영향을 미칠 것을 제안하고 있다.

10. Human Somatic Cell Nuclear TransferUsing Adult Cells

Cell Stem Cells 2014
교신저자: 이동률 (차의과학대학교)

체세포복제줄기세포 (somatic cell nuclear transferred stem cells (SCNT-SCs))는 환자맞춤형 전분화능 줄기세포로 재생의학분야에 사용 가능한 이상적인 세포치료제로서 여겨져 왔다. 동물연구에서와는 달리 SCNT는 인간에게서는 오랜 기간의 연구에도 불구하고 성공하지 못했다. 2013년 미국 오레곤 대학의 Mitalipov 교수팀에 의해 태아체세포에서 유래된 SCNT-SCs 의 확립이 보고된 바 있으나, 임상에 적용 가능한 실제 성인체세포를 이용한 체세포복제줄기세포의 성공은 보고 된 바 없었다. 연구진은 35세와 75세의 성인 피부체세포를 이용하여 최초로 체세포복제줄기세포를 확보하였고, 이 연구를 통해 향후 재생의학을 위한 세포치료제로서의 실제 적용가능성을 확인하였다.