목 적: 본 연구는 인간 배아줄기세포를 생식세포로의 분화를 유도하고 효소에 의해 분리된 단일 배아줄기세포의 배양조건을 확립하기 위해 수행하였다. 연구방법: Embryonic body (EB)는 배아줄기세포 (hESCs) colony를 떼어내어 3일간 hanging drop culture 방법으로 작성하였고, 이러한 EB를 retionic acid (RA)와 bone morphogenetic protein-4 (BMP4)를 단독 또는 함께 배양액에 첨가하여 14일간 배양함으로써 생식세포로의 분화를 유도하였다. 분화를 유도한 EB는 생식세포 발현유전자인 c-kit과 VASA의 표지인자를 이용한 면역조직형광법으로 분화여부를 조사하였다. 줄기세포는 Collagenase, Tryple 그리고 Accutase 등의 효소로 각각 분리하였고 분리된 단일세포들의 colony formation rate를 조사하였다. 한편 Rho-associated kinase inhibitor (Y-27632)를 단일세포 배양액에 첨가하여 단일세포 분리과정 중에 발생하는 apoptotic damage를 감소시키고자 하였다. 결 과: Tryple 또는 Accutase를 이용하여 분리한 단일세포가 Collagenase에 의해 분리된 세포에 비해 높은 colony formation rate를 나타내었다. 단일세포를 $5{\times}10^3$ cells/well (4 well dish) 농도로 지지세포 위에 seeding하였을 때 다른 농도의 세포를 seeding한 것에 비해 높은 colony formation rate를 확보하는데 효과적이었다. Y27632의 첨가는 단일세포의 colony formation rate를 유의하게 향상시켰으며 특히 Tryple로 분리한 단일세포에 보다 효과적이었다. EB의 분화유도후 c-kit과 VASA의 표지인자를 이용한 면역조직형광염색은 대조군인 정소조직에 비해 약한 형광염색을 나타내었다. 결 론: Tryple을 이용한 단일세포 분리가 건강한 단일세포를 얻는데 가장 효율적이었으며 Y27632 의 첨가는 단일 세포의 생존 및 colony formation에 유익하다는 것을 확인하였다. 다른 연구와는 달리 본 연구에서는 단지 생식세포 표지인자의 희미한 형광염색만을 관찰하였는데 이러한 결과는 본 연구의 분화유도기간이 상대적으로 짧았던 것이 원인이었을 것으로 생각된다.
마우스 배아 줄기 세포는 신경 세포 분화가 가능한 세포의 대안적인 공급원이 될 수 있으며 잠재적으로 신경계 질환의 치료에 유용하게 사용될 수있다. 우리는 배아 줄기 세포 (ESCs)가 신경 분화를 유도하도록 유도 될 수 있는지를 조사했다. 신경 세포 유도 후, mESC의 표현형이 뉴런의 형태학으로 변하였고, mESCs는 실험쥐 뇌의 측 뇌실로 주입되었다. 이식 된 세포는 뇌의 여러 부위로 이동하였고 중대뇌동맥 결찰에 의한 허혈성 뇌혈관 손상부위에 이식된 줄기세포군이 손상된 피질부위로 집중적으로 이동하여 손상복구 기전을 증가시켰다. mESCs의 뇌내 이식은 MCAO 쥐의 기능적 결손의 감각 및 운동 회복을 유의 적으로 향상시킨다. 이러한 데이터는 이식 된 mESC가 허혈성 미세 환경에서 생존, 이동 및 분화하고 쥐에서 뇌졸중 후 신경 기능 회복을 향상 시킨다는 것을 나타낸다. 따라서 우리는 mESC의 이식이 인간 신경계 손상 및 퇴행성 장애에 대한 강력한 이식 치료법을 제공 할 것으로 기대한다.
목 적: 최근 다능성을 가진 극소형 줄기세포가 생쥐와 인간에서 발견된다고 보고되었다. 이 연구의 목적은 극소형 추정줄기세포들이 인간 자궁내막에 존재하는지, 그리고 이 세포들이 줄기세포의 고유 특성들과 줄기세포 표지자들을 발현시키는지 확인하기 위함이다. 연구방법: 자궁내막조직검사로부터 채취한 여성 5명의 자궁내막세포를 2주 동안 배양하였으며, alkaline phosphatase, OCT-4, CXCR4 면역화학염색을 통해 줄기세포 표지자 발현 여부를 확인하였다. 이후 percoll density gradient method 방법으로 극소형 추정줄기세포들을 분리하여 배양하였으며, 또한 극소형 추정줄기세포들과 그 유래의 세포들이 OCT-4와 CXCR4를 발현시키는지 확인하였다. 결 과: $3{\mu}m$ 미만의 극소형 추정줄기세포들과 5~15 ${\mu}m$의 과다염색질 원형세포들로 구성된 군집들이 모든 여성의 자궁내막세포에서 발견되었으며, alkaline phosphatase, OCT-4 및 CXCR4를 강하게 발현시켰다. Percoll을 이용하여 극소형 추정줄기세포들을 분리 배양한 결과, 극소형 추정줄기세포들은 자가재생, 배아체양 형성, 군집 형성, 분화 가소성과 같은 줄기세포의 형태학적 및 기능적인 특성들을 나타내었다. 극소형 추정줄기세포들은 세포간 응집 혹은 세포융합을 통하여 약 5~15 ${\mu}m$ 과다염색질 원형세포들과 약 10~20 ${\mu}m$ 구형세포들을 점진적으로 형성시켰다. 이후이 세포들은 섬유아세포 유사세포, 신경유사세포, 혈관내피유사세포를 포함하는 다양한 세포로 분화하였다. 또한 극소형 추정줄기세포들과 극소형 추정줄기세포에서 유래한 세포들은 흔히 OCT-4와 CXCR4를 강하게 발현시켰다. 결 론: 3 ${\mu}m$ 미만의 극소형 추정줄기세포들과 극소형 추정줄기세포에서 유래한 세포들이 인간 자궁내막에서 발견되며, 이 세포들은 줄기세포의 고유 특성들과 줄기세포 표지자인 alkaline phosphatase, OCT-4, CXCR4를 발현시킨다.
배아 줄기세포는 미분화상태에서 자가 재생을 유지할 수 있다. 자가 재생은 OCT4, SOX2와 NANOG와 같은 많은 인자들이 작용한다. 생쥐 배아 줄기세포에서 OCT4와 SOX2가 Nanog 프로모터에 결합하여 Nanog 유전자의 발현을 촉진한다는 사실은 생쥐 promoter에 관한 정밀분석으로 알려져 있다. 본 연구에서는 인간 Nanog promoter를 정밀 분석하기 위해 연속적인 결손 돌연변이를 가진 promoter-reporter construct를 제조하였다. Promoter의 최대 활성은 0.6 kb(-253/+365) promoter-reporter construct에서 발견되었으며, 이 construct에는 OCT4 및 SOX2의 결합부위가 포함된다. OCT4와 SOX2의 기여도를 확인하기 위하여 OCT4 및 SOX2의 결합부위에 자리 특이적 돌연변이를 유도하고 promoter 활성에 미치는 영향을 조사한 결과, OCT4나 SOX2 어느 한 군데라도 돌연변이가 존재하면 promoter 활성이 현저히 저해되었다. 본 연구 결과를 통해 인간 Nanog 유전자 발현에 있어 OCT4 및 SOX2가 필수적임을 직접적으로 확인할 수 있었다.
Estrogen related receptor $\beta$(Esrrb)는 오르판 수용체 중 하나로 전분화능 관련유전자인 Oct4와 Nanog의 발현을 조절함으로써 줄기세포의 미분화를 유지시키고, 지속적인 자기 복제를 가능케 하는 유전자로 알려져 있다. 또한 Feng 등 (2009)은 체세포에 Oct4, Sox2와 함께 Esrrb 유전자를 함께 도입하면, 유전자가 변형된 체세포가 배아 줄기세포와 유사한 유도만능줄기세포로 리프로그래밍(reprograming)되어 진다는 결과를 보고한 바 있다. 본 연구에서는 인간 ESRRB 단백질을 양수유래줄기세포 내로 직접도입하는 방법을 개발하고, 이를 통해 전분화능 관련유전자의 기능 조절을 확인하고자 하였다. 클로닝 된 인간 short-form ESRRB를 세포투과 펩타이드(cell-penetrating peptide, CPP)의 일종인 R7(아르기닌 7개)에 접합(Fusion)하였고, 합성단백질 (R7-ESRRB-His6)의 형태로 배양중인 인간 양수 유래 줄기세포에 처리하여 세포내로 도입하였다. R7-ESRRB-His6 단백질은 5시간 내에 세포막을 통과하였고, 24시간 내에 핵 내로 이동하였다. 또한 핵 내로 이동한 ESRRB 단백질은 OCT4와 NANOG 유전자의 발현을 증가시켰을 뿐만 아니라, 또 다른 전분화능 관련유전자인 SOX2의 발현도 함께 증가시킨다는 것을 확인하였다. 이상의 결과는 세포투과 펩타이드와 유전자의 접합을 통해 생산된 R7-ESRRB-His6 합성단백질이 양수유래줄기세포내로 원활하게 도입되는 것을 확인하였고, 유전자의 변형 없이 전분화능 관련유전자의 기능을 조절할 수 있는 방법임을 확인하였다.
유전자의 융합으로 인한 돌연변이는 염색체 재배열, 트랜스 스플라이싱, 유전자간 스플라이싱으로 인하여 야기된다고 알려져 있다. 우리는 두 개의 서로 다른 유전자의 pre-mRNA의 융합으로 인하여 만들어지는 트랜스 스플라이싱의 전사 산물에 관심을 가져, 인간의 태아 줄기 세포에서 이러한 돌연변이 양상을 분석하였다. 배아줄기세포의 mRNA에서 트랜스 스플라이싱 전사체 70개를 탐지해 내고, 이들의 융합되는 패턴에 따라 5'UTR-5'UTR, 5'UTR-3'UTR, 3'UTR-3'UTR, 5'UTR- CDS, 3'UTR-CDS, CDS-CDS의 6개의 유형으로 분류하여 분석하였다. 두 유전자의 융합되는 영역은 UTR영역보다 CDS에서 풍부하였는데, 이러한 이유는 많은 인트론 수로 인해 야기되는 것으로 추정된다. 융합되는 유전자의 염색체상의 위치분석 결과, 17번과 19번 염색체가 융합유전자의 활성화를 나타내었다. 이러한 연구결과는 향후 융합유전자와 인간의 질병 연구에 크게 기여할 것으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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