국내 연구 동향 2014년 9월

1. MicroRNA-302 induces proliferation and inhibits oxidant-induced cell death in
human adipose tissue-derived mesenchymal stem cells.
Cell Death Dis. 2014 Aug 21;5:e1385. doi: 10.1038/cddis.2014.344.

교신저자: 부산대학교 의과대학 정진섭 교수

인간 지방조직유래 줄기세포 (hASDCs)의 in vitro 배양은 세포치료를 위한 충분한 수의 세포를 확보하는 데 중요한 과정이다. 연구진은 miRNA 스크리닝을 통해 miR-302d 발현과 hADSCs 의 in vitro 배양과정에서의 성장 및 생존에 중요한 연관성을 확인하였다. miR-302d을 과발현 세포주에서 세포의 성장 및 생존이 증가함을 확인하였고, 이는 CDKN1A 유전자의 miR-302d 발현에 의한 발현 억제에 기인한 것이다. 또한 배양과정에서 증가하는 활성산소에 의한 CCL5 의 증가에 의해 세포사멸을 miR-302d 발현에 의해 억제함으로써 세포의 생존을 유도함을 확인하였다.

2. SIRT1 Directly Regulates SOX2 to Maintain Self-Renewal and Multipotency in Bone Marrow-Derived Mesenchymal Stem Cells.
Stem Cells. 2014 Aug 7. doi: 10.1002/stem.1811. [Epub ahead of print]

교신저자: 연세대학교 이진우 교수

Sox2 의 과발현 조건에서 Sir1 단백질과의 단백질 interaction을 확인하고, 골수 유래 간엽줄기세포에서 Sirt1의 knock-down을 통해 Sox2 의 acetylation 이 증가하면서 핵으로부터 세포질로의 이동 그리고 Sox2 단백질의 stability 가 감소함을 관찰하였다. 히스톤 탈 아세틸화 효소 길항제인 trichostatin A (TSA) 처리를 통해 Sox2의 단백질의 감소를 Resveratrol (Sirt1 활성제) 처리로 억제할 수 있는 것으로 보아, Sirt1 의 활성 증가가 간엽줄기세포의 성장과 다분화성 유지에 중요할 것 판단된다.
이 결과는 Sir1에 의한 Sox2 의 아세틸화 조절이 Sox2 의 nuclear localization 과 단백질 stability 유지를 통해 간엽줄기세포의 줄기세포성 유지에 중요한 역할을 담당하는 것을 증명하는 연구 결과이다.

3. The Shh coreceptor Cdo is required for differentiation of midbrain dopaminergic
neurons Stem Cell Res. 2014 Jul 27;13(2):262-274. doi: 10.1016/j.scr.2014.07.004.
[Epub ahead of print]

교신저자: 성균관 대학교 의과대학 강종순 교수

Sonic hedgehog (Shh) 신호는 중뇌에서 도파민 분비 신경세포 (Dopaminegic neuron: DA) 형성과 같은 뇌신경 분화 (neurogenesis)에 중요한 역할을 담당한다. 특히 Cdo 라는 multifunctional coreceptor 의 경우 뇌신경 발달 과정에서 Shh 신호 활성에 중요한 역할을 담당한다. 저자는 Cdo 유전자 결핍 생쥐 배아줄기세포 (Cdo-/- mESC)를 모델로 하여, 뇌신경 분화가 현저히 억제되고, 특히 DA 세포에 특이적으로 발현되는 tyrosine hydroxylase (TH) 와 microtubule associated protein 2 (MAP2) 발현 DA 세포가 감소함을 확인하였다. 이는 DA 분화에 필수적인 다양한 유전자들의 발현 저하와 밀접한 관련이 있을 것으로 보인다. 특히 Shh 신호 활성을 증가시키는 Purmophamine (Pur) 처리를 통해 Cdo -/- mESCs에서 확인된 DA 신경발달의 저해를 회복함으로써 Shh 신호가 DA 신경발달에 필수적임을 확인하였다.

4. SIRT1 is required for oncogenic transformation of neural stem cells and for the
survival of "cancer cells with neural stemness" in a p53-dependent manner.
Neuro Oncol. 2014 Aug 5. pii: nou145. [Epub ahead of print]

교신저자: 서강대학교 생명과학과 차혁진 교수

인간 태아 유래 뇌신경줄기세포에서 Ras 유전자 도입을 통해 종양화된 종양성 뇌신경 줄기세포와 신경교모종 (Glioma)에서 유래한 뇌종양줄기세포 (Glioma stem cells)는 모두 ‘줄기세포성’을 갖고 있는 종양모델이다.
본 연구는 종양성 뇌신경줄기세포와 뇌종양줄기세포에서 공통적으로 발현되는 Sirt1유전자가 줄기세포성을 갖는 두 종양세포 모델에서 ‘종양화’ 및 종양성 줄기세포성 유지에 필수적임을 확인하였다. 특히 Sirt1 유전자의 결핍으로 p53 의존적인 세포 사멸이 일어나는 것을 확인함으로써, 뇌신경 종양 줄기세포성을 유지하기 위해서 p53의 억제가 필수적임을 증명하였다.

5. Spermatogonial stem cell enrichment using simple grafting of testis and in vitro
cultivation.
Sci Rep. 2014 Aug 1;4:5923. doi: 10.1038/srep05923.

교신저자: CHA 의과학대학교 이동률 교수

포유동물의 정소 유래 Spermatogonial stem cells (SSCs)는 정소 조직에서 얻어지는 세포수가 매우 적기 때문에 임상 적용 또는 생물학적 연구에 많은 제약이 따르고 있다.
본 연구는 생쥐 정소에서 분리한 조직 절편 (testis parenchyma) 을 생쥐 피부 아래에 이식하면, 2-4주 후에는 정소 조직 내 대부분의 생식세포 (Germ cells)은 생존하지 못하고 사라지지만 SSCs는 생존한다는 점에 착안 하였다. 실제로 이식한 조직을 다시 적출하여 세포배양을 한 결과, 성체 정소조직 내에서도 유의미한 숫자의 SSCs의 체외 분리가 가능함을 확인하였다. 특히 EGFP 생쥐에서 유래한 정소 조직을 같은 방법으로 체내 배양을 통해 얻어진 EGFP-SSCs를 다른 생쥐에 이식 후 체외수정을 하여 EGFP 가 발현되는 생쥐를 얻을 수 있었다.
따라서, testis parenchyma 의 단순한 피하이식이 SSCs를 enrich 하는 효과적인 방법으로 이용 가능하며, 추후에 임상 적용도 가능한 기술로 발전할 수 있을 것이다.

6. Exploring miRNAs: Toward a Better Understanding of Hematopoiesis.
Stem Cells. 2014 Aug 7. doi: 10.1002/stem.1810. [Epub ahead of print]

교신저자: 한양대학교 김계성 교수/ 가톨릭대학교 오일환 교수

골수 내 혈액생성 (hematopoiesis)은 조혈모세포 (hematopoietic stem cells, HSCs)의 자가증식 과 다양한 혈액세포로의 분화를 결정짓는 내외인성 인자들이 복합적으로 관련된 network에 의해 조절된다.
최근 들어, 22 nucleotides 정도의 짧은 non-coding RNA인 microRNAs (miRNAs)가 HSCs의 세포특이적 재생과 분화결정 및 생존뿐 만 아니라 골수 내 HSC와 미세환경 간 상호작용을 조절하는데 중요한 역할을 한다는 사실이 보고되고 있다.
본 review article에서는 HSC와 관련된 miRNA의 조절기전에 대한 최신 지견을 소개함으로써 골수 내 HSC의 기능 및 항상성 유지와 관련된 miRNA의 역할을 조명하고자 한다.

7. Cell reprogramming into the pluripotent state using graphene based substrates
Biomaterials. 2014 Sep;35(29):8321-9. doi: 10.1016/j.biomaterials.

교신저자: 동국대학교 김종필 교수

Graphene은 세포 증식과 분화를 지지하는 platform으로 여겨져 최근 biomedical engineering 분야에서 많은 관심을 받고 있다.
연구진들은 graphene이 생쥐 체세포로부터 유도만능줄기세포로의 역분화를 증진한다는 결과를 발표하였다. 저자들은 우선 유리표면에 graphene film 층을 만들고, 이를 Raman spectroscopy로 확인하였다. 또한 이 graphene이 mesenchymal-to-epithelial transition (MET)을 유도하여 역분화 효율을 증진시킴을 발견하였다.
이들의 결과는 graphene이 직접적으로 역분화와 관련된 epigenetic change를 조절하여 역분화를 유도하는 효과적인 물질임을 밝힌 연구로 의미가 있다.

8. Footprint- and xeno-free human iPSCs derived from urine cells using extracellular
matrix-based culture conditions.
Biomaterials. 2014 Sep;35(29):8330-8. doi: 10.1016/j.biomaterials.

교신저자: CHA 의과학대학교 황동연 교수

Integration- and xeno-free iPSCs의 효율적인 생산은 iPSC의 임상적용을 위해서는 필수적이다. 또한 iPSC의 생산을 위한 비침습적인 체세포의 회수과정도 매우 중요하다. 연구진은 이러한 목적을 달성하기위해 소변 내 세포로부터 integration- and xeno-free iPSCs를 생산하는 방법을 확립하였다.
연구진은 extracellular matrix-based xeno-free iPSC culture condition을 개발하였고, 이 방법이 소변 내 세포와 adipose-derived stromal cells (ADSCs)에서 효과적임을 보였다. 또한 소변 내 세포는 성장이 느리고 apoptosis가 빨리 일어나나, 초기 passage에서는 그 수치가 낮아 iPSC 생산 효율이 상대적으로 높음을 확인하였다.

9. The effect of quantum dot size and poly(ethylenimine) coating on the efficiency of gene delivery into human mesenchymal stem cells.
Biomaterials. 2014 Sep;35(29):8439-49. doi: 10.1016/j.biomaterials.

교신저자: CHA 의과학대학교 박근홍 교수

Quantum dot (QDs)은 일부 세포에서 유전자치료를 위한 delivery vehicle로 그리고 bioimaging agent로 사용되고 있다. 연구진들은 QDs의 크기와 poly ethylenimidine (PEI) coating이 인간 MSC 내로 유전자 전달효율에 미치는 영향을 연구하기위해 mutiple QD bundled nanoparticles (NPs)를 제작했다.
PEI coating 이 된 QDs는 negative charge가 조절되어 bundle을 형성할 수 있었으며, 이들에 의해 형성된 gene-complexed QD bundled NPs는 인간 MSC에 쉽게 도입됨을 확인하였다. 이러한 복합체를 이용한 유전자도입은 single-type QDs에 비해 유전자 도입효율이 매우 높음을 알 수 있었다. 저자들은 이러한 QD NPs의 조작을 이용한 유전자 도입기법이 향후 줄기세포의 응용에 많은 기여를 할 것으로 제안하였다.

10. Stem cell delivery systems inspired by tissue-specific niches.
J Control Release. 2014 Jun 28. [Epub ahead of print]

교신저자: 한양대학교 조용우 교수

줄기세포 전달시스템 (stem cell delivery systems, SCDSs)는 줄기세포를 target tissue로 직간접적으로 전달하는 방법으로 세포치료의 효율에 많은 영향을 미친다.
특히 세포치료에서는 이식된 세포들이 생존과 생착 효율의 증진을 위해서는 stem cell niche라고 불리는 local environment를 형성해야 한다. 저자들은 줄기세포와 그들의 niche 간의 상호작용을 해석하고, biomaterial의 특성을 이용하여 이에 걸맞는 줄기세포의 전달시스템을 고안하였다.