[국내연구자 연구] 국내연구동향 2020년 9월
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- Safe scarless cassette-free selection of genome-edited human pluripotent stem cells using temporary drug resistance
- Biomaterials. 2020 August 1
교신저자: 서울대학교 차혁진 교수
- 인간 다능성 줄기세포 (hPSC)에 사용하기 위한 효율적인 유전자 편집 기술은 재생 의학은 물론 동질유전자형의 인간 질병 모델을 기반으로 한 신약 발견에도 사용됨. 그러나, hPSC에서 유전자 편집의 매우 낮은 효율성은 주요 기술 장애물로 남아 있음. 이전에, 연구팀은 항암제로 개발 된 survivin 억제제인 YM155가 미분화 hPSC에서 선택적으로 세포 사멸을 유도하는 것을 증명하였음. 연구팀은 hPSC에서 SLC35F2의 높은 발현 때문에 YM155의 세포 독성이 강하다는 것을 확인하였음. CRISPR-Cas9를 사용한 SLC35F2의 knockout 또는 siRNA의 depletion은 hPSC가 YM155에 대해 높은 내성을 갖게 해줌. 유전자의 동시 편집과 YM155 처리 후 SLC35F2의 일시적인 knockdown은 일시적인 YM155 내성의 결과로 genome 편집 된 hPSC의 생존을 가능하게 하였음. 이 정확하고 효율적인 게놈 편집 방법은 3 주 밖에 걸리지 않았으며 세포 분류 나 추가 유전자 도입이 필요하지 않음. 단순성으로 인해 hPSC에서 유전자 편집을 위한 보다 실현 가능한 접근 방식임.
- Independent Tuning of Nano-Ligand Frequency and Sequences Regulates the Adhesion and Differentiation of Stem Cells
- Advanced materials. 2020 August 20
교신저자: 고려대학교 강희민, 김영근 교수
- 세포외기질 (ECM)은 생체 내에서 복잡한 세포-물질 상호 작용을 조절하기 위해 ligand를 주기적으로 표시하는 heterogeneous한 나노 시퀀스를 나타낼 수 있음. Ligand가 포함 된 Au 및 ligand가 없는 Fe 나노 segment를 포함하는 ECM-emulating heterogeneous barcoding system인 Herein은 세포 부착 RGD ligand의 나노 segment에서 조정 가능한 주파수 및 시퀀스를 독립적으로 제공하도록 개발되었음. 특히, 전체 Fe 및 Au 나노 segment의 유사 노출 표면적이 디자인되었음. 동일한 서열의 낮은 나노 ligand 주파수와 동일한 주파수의 말단 서열화 된 나노 ligand는 독립적으로 줄기세포의 focal adhesion 및 mechanosensing을 촉진하며, 이는 in vitro 및 in vivo 모두에서 효과적이어서 줄기 세포 분화를 유도함. Fe / RGD-Au 나노 barcode implants는 생체 내에서 다양한 조직 및 기관에서 높은 안정성과 국소 및 전신 독성을 나타내지 않았음. 연구팀은 세포 접착을 용이하게 하기 위해 terminal sides 및 또는 저주파에서 heterogeneous 나노 ligand 시퀀스를 사용하여 생체 재료를 디자인하는 새로운 통찰력을 제공할 수 있다고 함. Electrodeposition 조건을 조정하면 ligand 나노 서열 및 주파수, magnetic 요소 및 생체 활성 ligand의 무한한 조합을 합성하여 생체 내에서 수많은 숙주 세포를 원격으로 조절할 수 있다고 하였음.
- Generation of tumor spheroids using a droplet-based microfluidic device for photothermal therapy
- Microsystem & Nanoengineering. 2020 April 2
교신저자: 서강대학교 정봉근 교수
- Simplicity에도 불구하고 monolayer 세포 배양은 세포-세포 및 세포-매트릭스 상호 작용을 정확하게 모방할 수 없기 때문에 생체 내에서 drug behavior를 정확하게 예측할 수 없음. 대조적으로, 세포 스페로이드는 이러한 상호 작용을 재현할 수 있으므로 약물 행동을 테스트 하기 위한 좋은 도구가 될 것임. 그러나, 균일하게 재현 가능한 세포 스페로이드를 대규모로 생산하는 것은 monolayer 세포 배양에 비해 노동 집약적이고 느린 프로세스임. 연구팀은 균일한 방식으로 균일 한 세포 스페로이드의 자동화 된 대규모 생산을 위한 droplet 기반 미세 유체 장치를 제시하였음. 미세 유체 시스템을 사용하면 스페로이드의 크기를 70Hz의 생성 주파수로 100 ~ 130μm로 조정할 수 있음. 우리는 graphene oxide-branched polyethyleneimine-polyethylene glycol (rGO-BPEI-PEG) 나노 복합체를 PTT agent로 사용하여 미세 유체 장치에 의해 생성 된 뇌종양 스페로이드의 광열 요법 (PTT) 적용을 시연하였음. 또한, 연구팀은 droplet 기반 미세 유체 장치에서 균일한 크기의 신경 줄기세포 (NSC) 유래 neurospheres를 생성하였음. 연구팀은 또한 신경 돌기가 neurotoxin에 의해 조절된다는 것을 확인하였음. 따라서, droplet 기반 미세 유체 장치는 광열 요법 및 약물 스크리닝 응용 프로그램을 위한 강력한 도구가 될 수 있다고 함.
- Maturation of human intestinal organoids in vitro facilitates colonization by commensal lactobacilli by reinforcing the mucus layer
- THE FASEB. 2020 Jun 30
교신저자: KIST 김상헌 교수, KRIBB 박두상, 손미영 교수
- 주로 인간 소장에 서식하는 probiotic commensal bacteria인 Lactobacilli는 건강 증진 효과를 발휘하고 숙주 면역을 유익하게 조절하는 능력으로 주목을 받고 있음. 그러나, 숙주 상피-commensal bacteria 상호 작용은 인간 소장 조직에 대한 접근이 제한되어 있기 때문에 아직 대부분 알려져 있지 않음. 최근에 연구팀은 생체 내 조직 구조 및 세포 다양성과 매우 유사한 인간 다능성 줄기 세포 (hPSC)에서 성인과 유사한 성숙한 human intestinal organoids (hIOs)를 생성하기 위한 시험관 내 maturation 기술을 제시하였음. 연구팀은 성숙한 hIO에 luminal microinjection을 사용하여 commensal bacteria에 의한 colonization에 대한 반응을 연구하기 위해 in vitro 인간 모델을 확립하여 상피-박테리아 상호 작용의 직접 검사를 진행하였음. Lactobacillus reuteri 및 Lactobacillus plantarum은 미성숙 hIO에 주입 할 때 보다 성숙한 hIO의 내강에 미세 주사 할 때 생존율이 높고, colonization 할 가능성이 더 높았음. Improved 된 성숙 hIO 기반 숙주 상피 시스템은 점액 분비 및 단단한 접합 단백질의 상향 조절을 통해 향상된 intestinal epithelial integrity의 결과를 확인 하였음. 연구팀은 성숙한 hIO가 공생 미생물을 연구하기 위해 생리학적으로 관련된 체외 모델 시스템임을 말하고 있음.
- The chromatin-binding protein PHF6 functions as an E3 ubiquitin ligase of H2BK120 via H2BK12Ac recognition for activation of trophectodermal genes
- Nucleic Acids Research. 2020 July 14
교신저자: 서울대학교 백성희 교수
- 후성적 조절은 초기 발달 과정에서 계통 특정 유전자 발현을 확립하는 데 중요하다고 알려져 있음. Trophectoderm re-programmin의 조절에 대한 Signaling pathway가 잘 연구되었지만, 히스톤 변형 역학과 함께 Trophectodermal genes 후성 유전학적 잘 알려져 있지 않음. 연구팀은 식물 homeodomain finger protein 6 (PHF6)이 RNA sequencing 및 ChIP 분석을 사용하여 trophectodermal genes의 활성화를 위한 주요 후성학적 조절인자임을 확인하였음. PHF6는 식물 homeodomain 1 (PHD1)을 통해 H2BK120의 유비퀴틴화(H2BK120ub)를 위한 E3 유비퀴틴 ligase로 작용하는 반면, PHF6의 확장 된 PHD2는 H2BK12의 아세틸화(H2BK12Ac)를 인식함. 흥미롭게도 PHF6에 의한 H2BK12Ac의 인식은 H2BK120ub에 대한 E3 유비퀴틴 ligase 활성을 발휘하는 데 중요함. 연구팀의 데이터는 PHF6이 H2BK12Ac를 H2BK120ub 변형에 연결하여 trophectodermal 유전자 발현의 후성적 조절에 중요하다는 증거를 제공하고 있음.
- Effect of Cell Labeling on the Function of Human Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiomyocytes
- International journal of stem cells. 2020 March 3
교신저자: UST 강선웅 교수, 건국대학교 정형민 교수
- 생체 내 이식 된 세포의 운명을 모니터링하고 시험관 내 특정 변화를 관찰하기 위해 표적 세포를 선택하려면 세포 표지 기술이 필요함. 인간 유도 만능 줄기세포 유래 심근 세포 (hiPSC-CM)는 심장 손상 치료를 위해 이식되었거나 전임상 심장 안전성 평가를 위해 시험관 내에서 사용되었음. Cardiomyocyte (CM) labeling은 표적 세포 모니터링을 촉진하기 위해 사용되었음. 그러나 hiPSC-CM에서 labeling agent의 기능적 효과는 연구가 되어 있지 않음. 이 연구팀은 CM 세포 기능에 대한 labeling agent의 효과에 대한 실험을 진행하였음. 3'-Dioctadecyloxacarbocyanine perchlorate (DiO), quantum dot (QD) 및 Lipo2K를 사용하여 EGFP를 발현하는 DNA plasmid를 사용하여 hiPSC-CM을 labeling 하였음. 연구팀은 DiO 및 QDs를 사용한 hiPSC-CM labeling이 부정맥 유발 효과를 유발하지 않고 오히려 L-type Ca2＋ 채널에 의한 심장 이온 채널 및 Ca2＋ 유입의 mRNA 발현을 향상 시킨다는 결과를 확인했음. 따라서, DiO 및 QD labeling agent는 이식 된 CM을 모니터링하는 데 유용한 도구가 될 수 있으며 향후 labeling agent의 생체 내 영향을 추가로 조사가 필요하다고 함.
- Mannitol Augments the Effects of Systemical Stem Cell Transplantation without Increasing Cell Migration in a Stroke Animal Model
- Tissue Engineering and Regenerative Medicine. 2020 August 10
교신저자: 고려대학교 박동혁 교수
- Mannitol은 혈액-뇌 장벽 투과성을 증가시키고, 줄기세포가 주변에서 손상된 뇌로 쉽게 들어가도록 함으로써 전신 투여 된 줄기 세포의 효율성을 향상시킬 수 있음. 이 연구의 목적은 뇌졸중 유발 신경 손상에 대한 mannitol 전처리와 줄기세포 이식의 후 신경 보호 효과를 밝히고자 하는 것임. 실험 쥐를 middle cerebral artery occlusion and reperfusion 24 시간 후 무작위로 3 group으로 배정하였음. 한 group (vehicle)은 인산염 완충 식염수 정맥 주사(I.V)를, 다른 그룹은 인간 지방 유래 줄기 세포의 정맥 주사(hADSC)를 받았으며, 마지막 그룹은 I.V mannitol 주사 10 분 후 hADSC의 정맥 주사를 진행하였음. 신경 행동 기능과 경색 부피를 비교하였고, 이온화 된 칼슘 결합 어댑터 -1 (IBA-1), 쥐 내피 항원 -1 (RECA-1) 및 bromodeoxyuridine/doublecortin (BrdU / DCX)에 대한 항체를 사용하여 면역 조직 화학 (IHC) 분석을 수행하였음. 그 결과, PKH-26 표지는 손상된 뇌로 이동 한 줄기 세포의 수에 차이가 없었으며 hADSC 이식으로 경색 부피가 개선되지 않았음. 그러나, 신경 행동 기능은 mannitol group 에서 개선되었음을 확인하였음. IHC는 경색 주위 뇌에서 더 많은 수의 RECA-1 양성 세포를 보였고 mannitol group의 subventricular zone에서 BrdU- / DCX colocalized 된 세포를 보였음. IBA-1 양성 세포 수는 이전 두 group 간에 차이가 없었음에도 불구하고 vehicle group에 비해 hADSC 단독 및 mannitol 전처리 group에서 감소했음. Ischemic stroke에 대한 mannitol과 hADSC 이식의 병용 치료는 hADSC 단독 요법보다 더 나은 치료 잠재력을 가질 수 있음을 시사함.
- Fermented Ginseng Extract, BST204, Suppresses Tumorigenesis and Migration of Embryonic Carcinoma through Inhibition of Cancer Stem Cell Properties
- Molecules. 2020 July 5
교신저자: 성균관대학교 한정환 교수
- 발효 인삼 추출물인 BST204가 여러 종류의 암에 미치는 약리학적 효과가 보고 되어 있음. 그러나, 인삼 제품이나 단일 진세노사이드가 암 줄기세포에 미치는 영향은 아직 잘 알려져 있지 않음. 이 연구팀은 암 줄기세포 마커인 CD133의 억제를 통해 BST204의 항 종양 및 항 침습 활성을 확인하였음. Embryonic carcinoma cells를 BST204로 처리하면 종양 억제 단백질 p53의 발현이 유도되고 세포주기 조절 단백질의 발현이 감소하고 CD133 및 여러 stemness transcription factors의 발현이 하향 조절되었음. 이러한 변화는 종양 세포 증식과 종양 형성을 모두 억제하였음. CD133의 Knockdown은 암세포 증식이나 세포주기 정지가 아닌 종양 형성에 역할이 있음을 시사함. BST204를 처리하면 mesenchymal 마커인 N-cadherin의 발현이 감소하고 epithelial 마커인 E-cadherin의 발현이 증가하여 종양 세포 이동 및 침습이 억제되었음. CD133의 knockdown은 또한 종양 침습에서 CD133의 역할을 나타내는 항 침습 효과를 보여주었음. BST204의 주요 성분인 단일 진세노사이드 Rg3 및 Rh2는 BST204에 비해 암 줄기세포에 대해 제한된 효과를 나타내어 여러 진세노사이드 화합물 사이에서 possible synergism을 시사하고 있음.
- The stem cell marker Prom1 promotes axon regeneration by down-regulating cholesterol synthesis via Smad signaling
- PNAS. 2020 July 7
교신저자: 고려대학교 조용철 교수
- 축삭 재생은 발달 중에 억제되지만 말초 신경 손상 후에 재활성화 될 수 있는 neuron-intrinsic transcriptional 프로그램에 의해 조절됨. 이 연구팀은 축삭 재생 프로그램의 regulator로 줄기세포 마커인 prominin-1을 인코딩하는 Prom1을 식별하였음. Prom1 발현은 발달적으로 하향 조절되며, 마우스에서 Prom1의 유전적 결실은 dorsal root ganglion (DRG) 배양 및 sciatic nerve에서 축삭 재생을 억제하여 손상 유발 재생에서 Prom1의 신경 역할을 나타냄. 배양 된 DRG neuron 또는 adeno-associated 바이러스 매개 유전자 전달을 통해 마우스에서 prominin-1 수준을 높이는 것은 in vitro 및 in vivo에서 축삭 재생을 향상시켜 inhibition substrate에서 outgrowth을 허용함. Prom1 과발현은 콜레스테롤 대사 관련 유전자에 대해 일관된 하향 조절과 Smad 경로 의존적 방식으로 세포 콜레스테롤 수치의 감소를 유도하여 축삭 재성장을 촉진함. 연구팀은 prominin-1이 type I TGF-β 수용체 ALK4와 상호 작용하고 Smad2의 인산화를 상승적으로 유도한다는 것을 발견하였음. 이러한 결과는 Prom1 및 콜레스테롤 대사 경로가 손상 후 신경 회복 촉진을 위한 가능한 치료 표적임을 시사하고 있음.
- YAP enhances FGF2-dependent neural stem cell proliferation by induction of fibroblast growth factor receptor expression
- Stem Cells and Development. 2020 August 12
교신저자: 성균관대학교 윤기정 교수
- Hippo signaling pathway는 세포 증식과 organ growth를 조절하며, 그 활성화는 주로 YAP의 인산화 수준에 의해 반영됨. 이 연구팀은 YAP이 신경 줄기세포의 주요 성장 인자 중 하나인 fibroblast growth factor 2 (FGF2)에 대한 반응을 생체 내 및 체외에서 증가시킴으로써 배아 신경 줄기세포 증식을 촉진한다는 것을 보여줌. Western blot 및 quantitative real-time PCR 분석에 의해 FGF 수용체 FGFR1 내지 FGFR4의 발현이 FGF2 처리 시 YAP 발현에 의해 크게 증가 하였고, MAPK 및 AKT signaling pathway의 상향 조절에 의해 나타났음. 또한, quantitative real-time PCR 분석에 의해 평가 된 바와 같이, YAP 유도 FGFRs 발현은 TEAD와 무관한 것으로 밝혀졌으며 Drosophila Hippo signaling pathway에서 Yorki의 다른 상동체인 TAZ는 YAP과 유사한 활성을 보유하는 것으로 밝혀졌음. YAP 발현 세포에서 FGFR 신호 전달 활성을 조절하여 YAP의 세포 증식 효과를 효율적으로 상쇄하여 YAP 발현 신경 줄기세포의 증식 증가가 주로 향상된 FGFR 신호 전달에 기인 함을 시사하고 있음. 이 연구의 데이터는 YAP이 FGFR 발현을 상승시켜 신경 줄기세포 조절에 중요한 역할을 하고, 이후에 세포 증식을 강화한다는 것을 보여 주고 있음.