희소돌기아교세포 (oligodendrocyte)는 신경세포의 축삭 (axon)을 감싸고 있는 수초 (myelin sheath)를 형성하는 세포로서, 중추신경계내의 신경전달에 중요한 절연체로서의 역할을 담당하며, 따라서 탈수초 (demyelination)현상을 수반하는 여러 ...
희소돌기아교세포 (oligodendrocyte)는 신경세포의 축삭 (axon)을 감싸고 있는 수초 (myelin sheath)를 형성하는 세포로서, 중추신경계내의 신경전달에 중요한 절연체로서의 역할을 담당하며, 따라서 탈수초 (demyelination)현상을 수반하는 여러 신경계질환 및 척수손상은 궁극적으로 신경계의 마비 (paralysis)와 함께 운동장애를 유도한다. 인간배아줄기세포는 배반포의 내세포괴에서 추출한 세포로 인체내의 모든 종류의 세포로 분화할 수 있는 전능성을 보유하고 있으므로, 인간배아줄기세포에서 분화된 희소돌기아교세포는 탈수초 현상에 기인하는 여러 신경질환의 세포치료에 이용이 가능할 것으로 여겨진다. 이에 근거하여 본 연구는 배아의 초기 발달과정 동안, 척수 내 희소돌기아교세포의 분화를 조절한다고 알려져 있는 여러 발달인자 및 관련 요소들을 인간배아줄기세포의 분화과정에 처리 함으로서 희소돌기아교세포를 효과적으로 그리고 능동적으로 분화할 수 있는 분화 유도 방법을 확립하기 위하여 실시되었다. 발생과정 중 신경외배엽의 형성에 관여하는 것으로 알려진 noggin을 인간배아줄기세포로부터 배아체 (embryoid body)의 형성 과정에 처리한 후, 역전사효소중합효소연쇄반응과 면역형광염색법을 이용하여 삼배엽성 (내, 외, 중배엽) 세포로의 분화양상을 확인하였다. 신경외배엽 분화 표지 유전자인 Pax6와 Nestin의 발현이 noggin의 처리에 의하여 유의성 있게 증가함이 관찰된 반면, 내배엽과 중배엽 발달과 관련된 유전자들 (HNF3b, Sox17, MixL1, AFP, GATA4) 의 발현은 크게 감소함을 관찰하였다. 발생과정 중 척수 내 희소돌기아교세포의 원기가 되는 척수의 꼬리쪽 (caudal), 배쪽 (ventral) 전구세포로의 분화를 유도하기 위하여, 신경외배엽으로의 분화를 촉진시키는 noggin과 함께 retinoic acid와 sonic hedgehog을 배아체 형성과정의 8일간 처리하였다. 전뇌 (forebrain)에서부터, 척수의 꼬리쪽 축을 따라 발현하는 전사인자 (Otx2, HoxB1, HoxB4, HoxB5, HoxC5, HoxB6) 와 척수의 등쪽에서 배쪽 축을 따라 발현하는 전사인자 (Pax7, Nkx2.2, Pax6, Nkx6.1, Olig2) 등의 유전자의 발현 정도를 역전사효소 중합효소연쇄반응 및 면역형광엽색법으로 분석한 결과 noggin, retinoic acid, 그리고 sonic hedgehog 의 동시처리에 의하여 꼬리쪽 및 배쪽에서 발현되는 유전자의 발현이 현저하게 증가함이 관찰되었다. 또한 Olig1 혹은 Olig2를 발현하는 세포의 수가 증가함과 동시에 HB9과 TuJ1을 동시에 발현하는 운동성 신경세포 및 초기 희소돌기아교세포의 표지인자인 O4를 발현하는 세포가 형성됨을 확인하였다. 희소돌기아교세포의 전구세포 증식을 유도하기 위하여 bFGF와 PDGF를 처리한 결과, 대조군 보다 NG2를 발현하는 희소돌기아교세포의 증식율이 유의성 있게 증가함이 관찰되었으며, 증식된 전구세포들은 IGF-1, NT-3, cAMP 의 존재 하에서 bFGF와 PDGF를 처리하지 않은 대조군에 비하여 약 4배 증가된 분화 수율을 나타내었다. 결론적으로, 본 연구결과를 통하여 정상 발생과정 중 척수 내 희소돌기아교세포의분화에 관여하는 인자들을 인간배아줄기세포의 분화과정 중 처리할 경우 다량의 희소돌기아교세포로 분화시킬 수 있음이 증명되었다. 또한 추후 척수손상 모델을 이용한 이들 세포의 기능성이 입증될 경우, 본 연구결과로 확립된 분화유도기법은 세포치료제로서 인간배아줄기세포-기반 희소돌기아교세포의 분화유도에 중요한 기초자료로서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
희소돌기아교세포 (oligodendrocyte)는 신경세포의 축삭 (axon)을 감싸고 있는 수초 (myelin sheath)를 형성하는 세포로서, 중추신경계내의 신경전달에 중요한 절연체로서의 역할을 담당하며, 따라서 탈수초 (demyelination)현상을 수반하는 여러 신경계질환 및 척수손상은 궁극적으로 신경계의 마비 (paralysis)와 함께 운동장애를 유도한다. 인간배아줄기세포는 배반포의 내세포괴에서 추출한 세포로 인체내의 모든 종류의 세포로 분화할 수 있는 전능성을 보유하고 있으므로, 인간배아줄기세포에서 분화된 희소돌기아교세포는 탈수초 현상에 기인하는 여러 신경질환의 세포치료에 이용이 가능할 것으로 여겨진다. 이에 근거하여 본 연구는 배아의 초기 발달과정 동안, 척수 내 희소돌기아교세포의 분화를 조절한다고 알려져 있는 여러 발달인자 및 관련 요소들을 인간배아줄기세포의 분화과정에 처리 함으로서 희소돌기아교세포를 효과적으로 그리고 능동적으로 분화할 수 있는 분화 유도 방법을 확립하기 위하여 실시되었다. 발생과정 중 신경외배엽의 형성에 관여하는 것으로 알려진 noggin을 인간배아줄기세포로부터 배아체 (embryoid body)의 형성 과정에 처리한 후, 역전사효소 중합효소연쇄반응과 면역형광염색법을 이용하여 삼배엽성 (내, 외, 중배엽) 세포로의 분화양상을 확인하였다. 신경외배엽 분화 표지 유전자인 Pax6와 Nestin의 발현이 noggin의 처리에 의하여 유의성 있게 증가함이 관찰된 반면, 내배엽과 중배엽 발달과 관련된 유전자들 (HNF3b, Sox17, MixL1, AFP, GATA4) 의 발현은 크게 감소함을 관찰하였다. 발생과정 중 척수 내 희소돌기아교세포의 원기가 되는 척수의 꼬리쪽 (caudal), 배쪽 (ventral) 전구세포로의 분화를 유도하기 위하여, 신경외배엽으로의 분화를 촉진시키는 noggin과 함께 retinoic acid와 sonic hedgehog을 배아체 형성과정의 8일간 처리하였다. 전뇌 (forebrain)에서부터, 척수의 꼬리쪽 축을 따라 발현하는 전사인자 (Otx2, HoxB1, HoxB4, HoxB5, HoxC5, HoxB6) 와 척수의 등쪽에서 배쪽 축을 따라 발현하는 전사인자 (Pax7, Nkx2.2, Pax6, Nkx6.1, Olig2) 등의 유전자의 발현 정도를 역전사효소 중합효소연쇄반응 및 면역형광엽색법으로 분석한 결과 noggin, retinoic acid, 그리고 sonic hedgehog 의 동시처리에 의하여 꼬리쪽 및 배쪽에서 발현되는 유전자의 발현이 현저하게 증가함이 관찰되었다. 또한 Olig1 혹은 Olig2를 발현하는 세포의 수가 증가함과 동시에 HB9과 TuJ1을 동시에 발현하는 운동성 신경세포 및 초기 희소돌기아교세포의 표지인자인 O4를 발현하는 세포가 형성됨을 확인하였다. 희소돌기아교세포의 전구세포 증식을 유도하기 위하여 bFGF와 PDGF를 처리한 결과, 대조군 보다 NG2를 발현하는 희소돌기아교세포의 증식율이 유의성 있게 증가함이 관찰되었으며, 증식된 전구세포들은 IGF-1, NT-3, cAMP 의 존재 하에서 bFGF와 PDGF를 처리하지 않은 대조군에 비하여 약 4배 증가된 분화 수율을 나타내었다. 결론적으로, 본 연구결과를 통하여 정상 발생과정 중 척수 내 희소돌기아교세포의분화에 관여하는 인자들을 인간배아줄기세포의 분화과정 중 처리할 경우 다량의 희소돌기아교세포로 분화시킬 수 있음이 증명되었다. 또한 추후 척수손상 모델을 이용한 이들 세포의 기능성이 입증될 경우, 본 연구결과로 확립된 분화유도기법은 세포치료제로서 인간배아줄기세포-기반 희소돌기아교세포의 분화유도에 중요한 기초자료로서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
Spinal cord injury is accompanied by chronic progressive demyelination, and thus oligodendrocytes differentiated from human embryonic stem (ES) cells can be applicable as a desirable cell source for remyelination strategies. To this end, the present study was designed to differentiate human ES cells...
Spinal cord injury is accompanied by chronic progressive demyelination, and thus oligodendrocytes differentiated from human embryonic stem (ES) cells can be applicable as a desirable cell source for remyelination strategies. To this end, the present study was designed to differentiate human ES cells in vitro into oligodendrocytes using developmentally relevant factors known to regulate the differentiation of oligodendrocytes during the early embryonic development. The results showed that noggin treatment during embryoid body (EB) formation strongly promoted neuroectodermal differentiation of hES cells. RT-PCR and immunostaining data showed that exposure of EBs to noggin significantly increased the expressions of Pax6 and Nestin, both of which are markers of neuroectoderm while markedly downregulating the expression of genes associated with endodermal and mesodermal development. In addition, during EB formation, combined treatment with two polarizing signals, retinoic acid (RA) and sonic hedgehog (Shh), in the presence of noggin profoundly increased the expression of homeodomain genes which are known to be expressed in ventral-caudal part of spinal cord in where motor neurons and oligodendrocytes develop. Immunostaining analysis also showed that the combined treatment (S/R/N) during EB formation markedly increased the number of motor neurons (TuJ1+, HB), the cells expressing Olig1 and Olig2 (presumptive precursors of motor neurons and oligodendrocytes), and early oligodendrocytes (O4+). After further differentiation on vitronectin-coated culture dishes, NG2+ oligodendrocyte progenitors were highly proliferated by exposing the cells to bFGF and PDGF, and differentiated into a large number of O4+ oligodendrocytes in the presence of survival factors, including IGF-1, NT-3, and cAMP. In summary, the present study demonstrates that the differentiation of oligodendrocytes can be directed from hES cells in defined culture conditions, corresponding to the fundamental concepts of early spinal cord development.
Spinal cord injury is accompanied by chronic progressive demyelination, and thus oligodendrocytes differentiated from human embryonic stem (ES) cells can be applicable as a desirable cell source for remyelination strategies. To this end, the present study was designed to differentiate human ES cells in vitro into oligodendrocytes using developmentally relevant factors known to regulate the differentiation of oligodendrocytes during the early embryonic development. The results showed that noggin treatment during embryoid body (EB) formation strongly promoted neuroectodermal differentiation of hES cells. RT-PCR and immunostaining data showed that exposure of EBs to noggin significantly increased the expressions of Pax6 and Nestin, both of which are markers of neuroectoderm while markedly downregulating the expression of genes associated with endodermal and mesodermal development. In addition, during EB formation, combined treatment with two polarizing signals, retinoic acid (RA) and sonic hedgehog (Shh), in the presence of noggin profoundly increased the expression of homeodomain genes which are known to be expressed in ventral-caudal part of spinal cord in where motor neurons and oligodendrocytes develop. Immunostaining analysis also showed that the combined treatment (S/R/N) during EB formation markedly increased the number of motor neurons (TuJ1+, HB), the cells expressing Olig1 and Olig2 (presumptive precursors of motor neurons and oligodendrocytes), and early oligodendrocytes (O4+). After further differentiation on vitronectin-coated culture dishes, NG2+ oligodendrocyte progenitors were highly proliferated by exposing the cells to bFGF and PDGF, and differentiated into a large number of O4+ oligodendrocytes in the presence of survival factors, including IGF-1, NT-3, and cAMP. In summary, the present study demonstrates that the differentiation of oligodendrocytes can be directed from hES cells in defined culture conditions, corresponding to the fundamental concepts of early spinal cord development.
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