최근 해외 우수 논문 소개

1. Conversion of Human Gastric Epithelial Cells to Multipotent Endodermal Progenitors using Defined Small Molecules

Wang Y, Qin J, Wang S, Zhang W, Duan J, Zhang J, Wang X, Yan F, Chang M, Liu X, Feng B, Liu J, Pei X.
Cell Stem Cell. 2016 Oct 6;19(4):449-461.

내배엽성 줄기/전구 세포는 연구 뿐만 아니라 다양하게 재생의학에 적용할 수 있는 가능성이 매우 크기 때문에 이를 쉽고 편리한 방법을 규명하는 것은 임상적으로 중요한 의미를 갖음. 본 논문의 저자들은 장내 상피세포(gastrointestinal epithelial cells)를 조직특이적인 mesencymal feeders와 함께 배양하면서 다양한 신호전달을 조절하는 small molecule들을 처리함에 의해서 인간 유도 내배엽 전구세포 (human induced endodermal progenitor cells (hiEndoPCs)로 유도하는 방법을 확립하였음. hiEndoPCs는 자가재생을 통해 클론을 형성하였고, 분화를 유도하는 small molecules의 처리에 의해 간세포, 췌장분비세포 및 장상피세포로 분화될 수 있었음. 또한, hiEndoPC로부터 유도되는 간세포는 Fah-/-Rag2-/- 생쥐에서 생기는 간 손상을 회복 시킬 수 있었음. 특히 중요한 사실은 인간배아 줄기세포(hESC)와는 달리 이식된 hiEndoPC는 테라토마를 형성하지 않았다는 점임. 사람의 장내 상피세포는 모든 연령대의 사람들로부터 쉽게 얻을 수 있으므로 본 연구에서 밝혀진 방법에 의해 다양한 종류의 세포로 분화시키는 것이 가능하므로, 환자 맞춤에 적합한 약의 선별이나 간손상이나 당뇨병 등의 세포 치료제로 이용할 수 있는 방법으로 적용이 가능하다고 보임.

2. Induction of Expandable Tissue-Specific Stem/Progenitor Cells through Transient Expression of YAP/TAZ.

Panciera T, Azzolin L, Fujimura A, Di Biagio D, Frasson C, Bresolin S, Soligo S, Basso G, Bicciato S, Rosato A, Cordenonsi M, Piccolo S.
Cell Stem Cell. 2016 Dec 1;19(6):725-737.

자가 조직 특이적인 줄기세포를 유도할 수 있으면 재생의학이나 질병 모델로 다양하게 이용이 가능 할 것임. 본 논문에서는 개체나 기관의 크기를 결정한다고 알려진 Hippo 신호전달의 전사활성화 인자인 YAP 이나 TAZ 을 분화된 생쥐 세포에 일시적으로 발현 (transient transfection)시키면, 그 세포가 속해있는 조직 특이적인 줄기/전구세포 상태로 전환이 유도됨을 보였음. 가령 유선, 신경, 및 췌장 호르몬 분비세포에 YAP을 발현시키고 cell sorting 및 lineage tracing 방법등을 이용하여 각각이 속해있는 줄기/전구 세포의 형태로의 전환이 일어남을 확인하였음. YAP의 일시적인 발현에 의해 유도된 유선줄기/전구 세포(yMaSCs)는 유선에 이미 존재하는 줄기세포(endogenous MaSCs)와 분자적 또는 기능적 유사함을 보였음. 가령 yMaSCs는 MaSCs와 동일하게 오가노이드 형성을 하고, 유선에 이식할 경우 유선을 재구성(reconstitution) 하였음. YAP/TAZ는 몸안에 내재하는 줄기세포를 배양할 때 세포의 재생(self renewal)을 유지하는 데 중요한 역할을 한다고 알려진 바와 같이, 본 연구를 통해서 얻어진 연구 결과는 성체 줄기세포 상태를 유지하는 결정인자를 제공하는 중요성이 있음.

3. CRISPR/Cas9 β-globin gene targeting in human haematopoietic stem cells.

Dever DP, Bak RO, Reinisch A, Camarena J, Washington G, Nicolas CE, Pavel-Dinu M, Saxena N, Wilkens AB, Mantri S, Uchida N, Hendel A, Narla A, Majeti R, Weinberg KI, Porteus MH.
Nature. 2016 Nov 17;539(7629):384-389.

사람의 β-globin 유전자(HBB)에 돌연변이가 생겨서 일어나는 겸상 적혈구 빈혈증(sickle cell disease)이나 지중해성 빈혈증(β-thalassaemia)과 같은 헤모글로빈 이상증( β-haemoglobinopathy)은 전세계의 수백만 명에게 발병되는 질환임. 헤모글로빈 이상증 환자에서 유래된 조혈모세포 (haematopoietic stem cell)을 체외에서 교정한 후에 자가 이식을 통하여 이 질병을 치료하는 것이 이론적으로 가능함. 본 논문에서는 CRISPR/Cas9 유전자 교정 방법을 이용하여 조혈모세포의 HBB 유전자의 상동재조합을 통한 교정을 시도하였음. 본 연구자들은 Cas9 리보핵산단백질(ribonucleoprotein)과 아데노바이러스 전달(adeno-associated viral vector delivery) 방법을 결합해서 상동재조합을 유도하였음. 상동재조합이 일어날 경우 GFP를 발현하거나 이미 임상에서 적용하고 생리적 유해성이 배제된 tNGFR (truncated nerve growth factor receptor)가 발현이 되는 시스템을 이용하여 90% 이상이 상동재조합이 실제로 일어난 조혈모세포를 얻을 수 있었음 (이 결과는 실제로 임상에 적용할 때 상동재조합이 일어나지 않아서 돌연변이를 그대로 유지하고 있는 조혈모세포가 교정이 된 조혈모세포의 착상 효율을 경쟁적으로 억제하는 것을 배제하는 의미가 있음.). 또한 연구자들은 환자에서 유래된 줄기/전구세포에서 겸상 적혈구 빈혈증의 원인인 Glu6Val 돌연변이를 교정하고, 이 세포들이 적혈구로 분화 되었을 때 성체 β-globin (HbA) mRNA를 발현하는 것을 확인함으로써, 교정된 HBB 대립형질유전자(allele)의 전사조절이 정상적으로 이루어짐을 보였음. 결과적으로 본 논문에서 사용된 CRISPR/Cas9 유전자 교정 방법을 이용한 전임상적인 연구는 차세대 헤모글로빈 이상증을 치료하는 획기적인 방법으로 사용될 가능성이 있다고 보임.

4. Tissue Mechanics Orchestrate Wnt-Dependent Human Embryonic Stem Cell Differentiation.

Przybyla L, Lakins JN, Weaver VM.
Cell Stem Cell. 2016 Oct 6;19(4):462-475.

발생과정을 조절하는 연구를 통하여 얻어진 결과는 줄기세포의 운명을 조절함에 의해 세포치료를 시도하려는 재생의학에 다양한 방도로 적용이 될 수 있음. 초기배아 발생은 세포와 세포간 또는 세포와 세포외 기질간의 상호작용에 의해 조절이 됨이 알려져 있지만, 어떻게 이런 물리적인 자극(extracellular forces)이 세포내 신호전달을 활성화 하여 줄기세포에 영향을 주는지는 알려져 있지 않음. 본 연구에서는 세포외 미세환경의 물리적인 특성(mechanical feature)이 차등적으로 인간배아줄기세포(hESC)를 중배엽으로 특성화(specification) 시키는지를 조사하였음. 저자들은 하이드로겔(hydrogel)의 경직도(stiffness)를 조절함에 의해서 hESC가 soft substrate 위에 있을때, stiff substrate 위에 있을때보다 중배엽으로의 분화가 촉진되고, β-catenin이 adherens junctions에 축적되고 adherens junctions 안정화됨을 발견함. Soft 기질 위에 hESC가 있을 때, Src가 Cbl-like ubiquitin ligase (CBLL1)에 의한 E-cadherin의 ubiquitination을 증가시켜서 P120-catenin이 adherens junctions로부터 떨어져 나오게 함. 이때 함께 나오게 β-catenin이 핵내로 들어가서 중배엽으로 분화시키는데 관련된 유전자의 발현을 활성화시킴을 규명하였음. 하지만, hESC가 stiff 기질위에 있을때는 intergrin 의존적으로 GSK3와 Src의 활성이 증가하여 β-catenin의 분해를 촉진함으로서 중배엽으로의 분화를 억제하게 됨. 요약하면, 저자들은 세포외 미세환경의 물리적인 특성이 hESC의 형태발생인자(morphogens, 이 논문에서는 Wnt)에 대한 반응을 조절함에 의해 조직특이적인 분화를 조절함을 보였음.