최근 해외 우수 논문 소개

1. Assembly of embryonic and extra-embryonic stem cells to mimic embryogenesis in vitro

Sarah Ellys Harrison, Berna Sozen, Neophytos Christodoulou, Christos Kyprianou, Magdalena Zernicka-Goetz Science (2017 Mar 2) DOI: Science 10.1126/science.aal1810.

두 종류의 줄기세포를 이용하여 인공 배아를 합성했다. 줄기세포를 이용하여 인공 배아를 합성하였고, 이 배아는 13일 동안 성장하며 실제 배아와 같은 발달 과정을 보였다. 포유류의 배발생은 배아와 외부 배아조직과의 복잡한 상호작용에 의해 일어난다. 그래서 마우스의 배아줄기세포(ESC-Embryonic stem cell)와 영양막줄기세포(TSC•Trophoblast Stem Cells)를 조합하였고, 이들을 3D 스캐폴드 기법에 기반하여 세포 구조체를 만들었다. 또한 합성 배아가 발생하는 과정에 Nodal 신호전달이 관여함을 알아냈다. 이 기술로 초기배아의 발달을 이해할 수 있고, 이를 통해 난임의 원인을 연구할 수 있는 실마리를 찾았다. 저자들은 향후 연구용 인간 배아를 만들기 위해 인간의 인공 배아 합성도 시도할 예정이다.

2. Interspecies Chimerism with Mammalian Pluripotent Stem Cells.

Jun Wu, Aida Platero-Luengo, Masahiro Sakurai, ..., Emilio A. Martinez, Pablo Juan Ross, Juan Carlos Izpisua Belmonte Cell (January 26, 2017) DOI: 10.1016/j.cell.2016.12.036

인간 세포와 돼지 세포를 합성하여 세계 최초 인간-돼지 키메라를 개발하였다. 이로 인해 돼지에서 장기나 조직을 키워 인간에게 인식하는 재생의학의 길이 열렸다. 미국 SALK 연구소의 Juan Carlos Izpisua Belmonte 교수팀은 돼지가 인간과 유사한 크기의 기관을 가지므로 숙주로서 선택하고 인간의 다능성 줄기세포(PSC)를 돼지의 배아에 넣어 키메라 세포를 제작했다. 한편 CRISPR-Cas9로 여러 조직들의 유전자 편집을 통해 기관이 상실된 마우스를 만들고 이 기관들이 복원되는 것을 키메라실험으로 확인했다. 이 실험은 향후 유전적 결함이 있는 사람에게 적합한 장기를 동물에게서 얻을 수 있음을 보여주고 있다. 다양한 동물을 사용하여 여러 유형의 키메라 제작을 체계적으로 시도했으며, 돼지에서 hPSC가 건강하게 접목되는 것을 보았다. 이 논문은 인간에게 이식할 수 있는 장기나 조직을 돼지에게서 생성할 수 있음을 보여주고 있다.

3. Chemical Enhancement of In Vitro and In Vivo Direct Cardiac Reprogramming

Tamer M. A. Mohamed, Nicole R. Stone, Emily C. Berry, Ethan Radzinsky, Yu Huang, Karishma Pratt, Yen-Sin Ang, Pengzhi Yu, Haixia Wang, Shibing Tang, Sergey Magnitsky, Sheng Ding, Kathryn N. Ivey, Deepak Srivastava
Circulation. (March 7, 2017) DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.116.024692

화합물을 이용한 심장 섬유아세포로부터 심근세포로의 분화하는 방법이 밝혀졌다. 심장이 손상이 되었을떄 심장 섬유모세포가 심근세포로 리프로그래밍하는 것은 심장 재생을 위한 중요한 전략이다. 잘 알려진 요소인 GATA4, Mef2c, Tbx5(GMT)의 3가지 심장전사인자의 조합은 섬유모세포를 유사심근세포로 전환할 수 있지만 그 효율이 매우 낮다. 그래서 저자들은 5500개의 화합물을 테스트하여 심근 섬유모세포에서 심근세포로의 리프로그래밍을 촉진할 수 있는 방법과 신호전달경로를 찾아냈다. 저자들은 성장인자 TGF베타 억제제인 SB431542와 Wnt 억제제인 XAV939의 조합이 리프로그래밍 효율을 8배나 증가시킴을 발견했다. 이 작은 분자들은 세포전환 속도와 효율도 향상시켰다. 심장처럼 뛰는 세포를 1주 뒤에 관찰할 수 있었고, 향상된 리프로그래밍 효율을 보였다. 사람 세포 또한 비슷한 향상을 보였다. 이를 통해 저자들은 심장 재생을 위한 더 쉽고 효율적인 방법을 찾아냈고 향후 이를 이용하여 심장 재생을 도울 것으로 기대한다.

4. Induction of Expansion and Folding in Human Cerebral Organoids

Yun Li, Julien Muffat, Attya Omer, Irene Bosch, Madeline A. Lancaster, Mriganka Sur, Lee Gehrke, Juergen A. Knoblich, and Rudolf Jaenisch
Cell stem cell (2017 Mar 03) http://dx.doi.org/10.1016/j.stem.2016.11.017

사람의 뇌 발생을 한 단계 더 이해할 수 있는 연구가 보고되었다. 뇌 유사 장기(organoid)를 이용하여 사람 뇌 피질의 성장과 구조 형성이 실험관내에서 밝혀졌다. 저자들은 대뇌 피질의 확장과 접힘에 대해 연구했다. 대뇌 피질의 확장은 인간의 독특한 지적 능력을 위한 기초이고 신경 전구체 (Neural progenitor-NP)의 증식은 피질 확장과 그 복잡한 모양에 연관이 있다. 저자들은 증가된 NP가 사람 대뇌 피질 모델의 확장과 접힘을 유도함을 보였다. 또한 저자들은 PTEN-AKT 신호전달기작이 사람 뇌 유사 장기의 발생을 유도함을 알아냈고, 크기의 증가와 표면의 접힘이 일어남을 확인했다. PTEN 결핍은 사람 NP의 증식과 성장인자에 대한 민감도를 향상시켰고 PTEN이 돌연변이된 사람의 뇌 유상 장기는 표면 접힘을 보였다. 저자들은 또한 지카바이러스가 대뇌 피질의 성장과 접힘을 손상시킨다는 것도 보고 하였다. 이를 통해 인간의 뇌 구조와 조직을 규제하는 기작을 알아내는 새로운 관점을 제공해 줄 것으로 기대한다.

5. Autophagy maintains the metabolism and function of young and old stem cells

Theodore T. Ho, Matthew R. Warr, Emmalee R. Adelman, Olivia M. Lansinger, Johanna Flach, Evgenia V. Verovskaya, Maria E. Figueroa, Emmanuelle Passegué
Nature (09 March 2017) doi:10.1038/nature21388

조혈줄기세포에서 자가소화작용과 노화에 대한 연관성이 밝혀졌다. 나이가 들수록 조혈줄기세포 (haematopoietic stem cells - HSCs)는 혈액 시스템을 재생할 능력을 상실하고 질병 발달을 촉진한다. 자가소화작용(autophagy)은 건강과 장수에 연관 있으며, 대사성 스트레스로부터 HSC를 보호한다. 자가소화작용 기능을 상실한 HSC에서는 미토콘드리아의 축적이 일어나게 되고 대사 촉진을 유도하게된다. 이는 골수 분화를 촉진하게 되는데, HSC의 자가복제능과 재생능이 감소함을 의미한다. 놀랍게도 대부분의 노화 마우스의 HSC는 변형된 대사 기능이 있음을 보여주고 있다. 그러나 대략 1/3의 노화된 마우스의 HSC가 높은 자가소화능을 보이고, 건강하고 젊은 HSC와 유사한 강력한 장기 재생능과 함께 낮은 대사상태를 유지함을 보여준다. 저자들은 자가소화작용이 건강한 미토콘드리아를 없애 HSC대사능을 억제하여 세포 휴지기를 유도하여 줄기세포능을 유지하는 것을 밝혔다. 이는 노화된 HSC의 재생능을 보존하기위해 필수적임을 보여주고있다.