최근 해외 우수 논문 소개

1. Yap-dependent reprogramming of Lgr5⁺ stem cells drives intestinal regeneration and cancer

Gregorieff A, Liu Y, Inanlou MR, Khomchuk Y, Wrana JL.
Nature. 2015 Oct 29;526(7575):715-8.

Wnt 신호전달은 gut epithelium의 homeostatic 상태를 유지하기 위한 Lgr5⁺ intestinal stem cell (ISCs)의 재생능 (self-renewal)의 조절에 매우 중요함. 하지만, 상처가 난 뒤에 일어나는 ISC의 재생(regeneration) 과정의 분자적 기전에 대해서는 잘 알려지지 않았음. 비교적 최근에 알려지기 시작한 Hippo signaling pathway는 tissue growth 및 재생을 조절함. 본 논문의 저자들은 Hippo signaling의 downstream 전사 조절 인자인 YAP이 방사선을 조사한mice의 대장 상피세포가 회복하는데 중요한 역할을 함을 밝혔음. YAP은 일시적으로Lgr5⁺ ISCs를 reprogram 하여Wnt signaling과 Paneth cell 로의 분화를 억제하고 Egf pathway를 활성화 시킴으로서 ISCs의 proliferation 및 regeneration program을 촉진하는 역할을 함을 밝힘. 본 논문에서는 상당히 정교하고 다양한 in vivo gene deletion 실험을 통하여 YAP-deficient에 의해 유도되는 organoids 형성 결핍이 Egfr ligand 인 epiregulin의 처리에 의해 회복되고, YAP 이 결핍된 상황에서 stromal cell에서 분비되는 epiregulin에 의해 regeneration이 in vivo에서 일어 날 수 있음을 보였음. 위의 발견과 동일 선상에서YAP을 제거할 경우 대장암 Apc^Min mouse model에서 형성되는 adenoma의 형성이 억제되고 (ISCs의 self-renewal과 Paneth cell로의 분화 억제가 일어나지 않아서 결과적으로 ISCs가 고갈되기 떄문), YAP에 의한 APC-/- organoids의 형성에서 Egfr signaling module 이 필요함을 밝혔음. 본 연구는 tissue injury 상황에서 YAP은 Wnt homeostatic program을 억제함에 의해서Lgr5⁺ ISCs를 reprogram 하고 Egfr signaling의 활성화를 통하여 regenerative program을 유도함을 보여주었음. 또한 YAP에 의한 regenerative pathway의 활성화가 cancer initiation에서 중요한 역할을 함을 밝혔음.
[본 논문은 상당히 수준 높은 최신의 mice genetic technique이 포함된 포괄적인 연구 논문임. 대학원생 학생들의 지적 능력을 향상시키키에는 최적의 논문이라고 생각되어 정독을 권장함.]

2. Direct Conversion of Normal and Alzheimer's Disease Human Fibroblasts into Neuronal Cells by Small Molecules.

Hu W, Qiu B, Guan W, Wang Q, Wang M, Li W, Gao L, Shen L, Huang Y, Xie G, Zhao H, Jin Y, Tang B, Yu Y, Zhao J, Pei G.
Cell Stem Cell. 2015 Aug 6;17(2):204-12.

본 논문의 저자들은 small chemical cocktail, VCR (V, valproic acid [VPA]; C, CHIR99021; and R, Repsox)을 이용하여 mouse 나 human somatic cell을 신경전구세포 (Neural Progenitor Cells)로 유도할 수 있음을 밝힌 바 있음 (Cheng, L., Hu, W., Qiu, B., Zhao, J., Yu, Y., Guan, W., Wang, M., Yang, W., and Pei, G. (2014). Generation of neural progenitor cells by chemical cocktails and hypoxia. Cell Res. 24, 665–679.). 본 논문에서는 human fibroblast cell을 neural progenitor stage를 거치지 않고 neuronal cell로 conversion 하는 7개의 small molecules의 조합을 확립하였음 (VCRFSGY; VCR + Forskolin + SP600125 (JNK inhibitor, S) + GO6983 (PKC inhibitor, G) + Y-27632 (ROCK inhibitor, Y). 이러한 방법에 의해 유도된 hciNS (human chemically induced neuronal cells)는 hiPS (human induced pluripotent cells)-derived neuronal cell 나 hiNs (human induced neuronal cells)와 형태, 유전자 발현 양상 및 전기 생리학적 양상이 유사하였음. 이 논문에서 개발된 방법을 이용하여 유전성 알츠하이머 병 환자로부터 확립된 hciNs는 비정상적인 A를 형성하였음. 본 논문에서 개발된 chemical 만을 이용하여 human fibroblast를 신경세포로 직접 리프로그래밍하는 방법은 신경질환 모델을 제작하거나 재생의약의 개발을 하는데 이용될 수 있다고 보임.

3. A XEN-like State Bridges Somatic Cells to Pluripotency during Chemical Reprogramming.

Zhao Y, Zhao T, Guan J, Zhang X, Fu Y, Ye J, Zhu J, Meng G, Ge J, Yang S, Cheng L, Du Y, Zhao C, Wang T, Su L, Yang W, Deng H.
Cell. 2015 Dec 17;163(7):1678-91.

온전히 chemical 만을 사용하여somatic cells를 pluripotent stem cells (PSCs)로 리프로그래밍 시킬 수 있는 기술은 somatic reprograming의 연구 및 활용에 있어서 새로운 접근 방법을 제시함. 하지만, chemical 에 의해 유도되는 리프로그래밍 과정에서 변화하는 세포 운명의 다이내믹한 변화나 분자적 기전은 명확히 밝혀지지 않았음. 본 연구에서는 chemical을 이용하여 리프로그래밍을 유도하는 경우에는 기존의 transcription factor의 발현에 의한 리프로그래밍 과정과 달리 extra-embryonic endoderm (XEN)-like cells 단계를 거쳐서 PSCs로 전환됨을 밝혔음. XEN-like cells는 in vivo 에서 상응하는 primitive endoderm과 유전자의 발현이나 기능면에서 유사하고 pluripotency를 갖는 cell로 진행되기 위한 Oct4의 발현이 증가되어 있음. 본 연구에서 개발된 정교하고 단계적으로 세포 운명을 조절할 수 있는 방법을 사용하면 기존에 사용되어온 방법보다 최대 1,000 배 정도의 리프로그래밍 효율을 높일 수 있었다고 함. 본 연구를 통하여 확립된 XEN-like stage를 indicator로 이용하면 리프로그래밍의 효율을 극대화 할 수 있는 small molecule을 발굴하거나 리프로그래밍의 조건을 결정하는데 많은 도움이 될 것임.

4. Frequent Somatic Mutation in Adult Intestinal Stem Cells Drives Neoplasia and Genetic Mosaicism during Aging.

Siudeja K, Nassari S, Gervais L, Skorski P, Lameiras S, Stolfa D, Zande M, Bernard V, Rio Frio T, Bardin AJ.
Cell Stem Cell. 2015 Dec 3;17(6):663-74.

Adult stem cell에 mutation이 일어나면 homeostasis의 유지에 이상이 생기거나 암의 형성에 상대적으로 유리한 조건이 됨. 하지만, 노화과정에서 일어나는 mutation의 빈도나 그에 따른 표현에게 미치는 영향 및 자연적으로 일어나는 mutagenesis 과정에 대한 기전 등에 관해서는 밝혀진 것이 많지 않음. 본 논문의 저자들은 초파리 장의 변형을 일으키는 intestinal stem cells (ISCs)의 유전적 불안정 (genomic instability)을 유도하는 두 가지 기전을 제시하고 있음. 노화과정에서ISCs에 mitotic homologous recombination 이 일어 남에 의해 loss of heterozygosity 가 유발되어서 대장 세포 간에 genetic mosaicism 이 형성되는 것을 보였음. 두 번째 기전으로 DNA 서열의 somatic deletion 이나 구조적인 재배열 (structural rearrangement)이 일어나는 것으로서 이는 암의 형성이나 유전병에서 유사하게 일어나서 유전자의 기능 상실을 유발하는 현상과 동일함. 이러한 modification의 한 예로서, X-linked tumor suppressor 인 Notch가 ISCs에서 비활성화 될 경우 정상 수컷들에서 spontaneous neoplasia 가 유도됨을 밝힘. 본 논문의 발견은 노화 과정에서 성체줄기세포에 유전적 변이가 흔하게 일어나서 각 기관세포의 genetic mosaicism 을 유도하고 이는 노화가 진행되는 각 조직의 기능에 영향을 미칠 수 있다는 사실을 시사함.

5. Transplantation of human embryonic stem cell-derived retinal tissue in two primate models of retinal degeneration.

Shirai H, Mandai M, Matsushita K, Kuwahara A, Yonemura S, Nakano T, Assawachananont J, Kimura T, Saito K, Terasaki H, Eiraku M, Sasai Y, Takahashi M.
Proc Natl Acad Sci U S A. 2015 Dec 22. pii: 201512590. [Epub ahead of print]

동물실험을 통하여 이식 효율을 높이는 방법이 개발이 되고 인간배아줄기세포 (hESCs)나 iPSCs (induced pluripotent stem cells)를 망막이나 망막세로로 분화시킬 수 있게 됨으로써 망막이식을 통하여 색소성 망막염(retinitis pigmentosa)을 치료하는 시도가 점차 더 관심을 받고 있음. 본 논문에서는 임상 적용을 위한 전 단계의 정보를 얻기 위하여 hESC 에서 유도된 망막(hESC-retina)을 새롭게 만들어진 영장류의 퇴행성 망막질환 모델에 이식하여 효과를 검증하는 실험을 수행하였음. 일차적으로 퇴행성 망막질환이 없거나 있는 nude rats의 망막 밑에 hESC-retina를 이식하였을 때 이식된 tissue가 기존에 존재하는 조직에 착상을 하고 정상적인 outer segment structure를 형성함을 확인하였음. 다음 단계로 원숭이의 망막 밑에 cobalt chloride를 주입하거나 laser photocoagulation을 통하여 광수용체의 퇴화를 유도한 동물 모델을 제작하였음. 최종적으로 일반적인 이식 수술방법을 이용하여 개발된 동물 모델에 hESC-retina를 이식한 후에 증세 호전 여부를 검증하였음. 이식된 hESC-retina는 rod 또는 cone photoreceptors를 포함하는 다양한 형태의 망막 세포로 분화하고, 정상적인 outer nuclear layers를 형성함을 관찰하였음. 추가적으로 면역염색방법을 이용하여 host-graft synaptic connection이 정상적으로 이루어짐도 확인하였음. 이 연구 결과는 hESC-retina를 이용한 퇴행성 망막염의 치료가 가능할 것이라는 사실을 보여주고, 임상적용을 위한 이식 방법의 최적화를 위한 실제적인 도구로 사용될 수 있는 중요성이 있음.