히스톤 탈아세틸화효소 저해제에 의한 마우스 배아줄기세포의 분화 및 Hsp70 단백질의 발현유도 Up-regulation of Hsp70 and differentiation induced by histone deacetylase inhibitor in mouse embryonic stem cells원문보기
배아줄기세포는 포배기의 내세포괴(inner cell mass)에서 유래하여 배양된 세포로서, 기능적으로 다양한 세포로 분화할 수 있는 능력을 지니고 있으면서 미분화 상태를 유지하여 무한대로 자신을 복제할 수 있는 특성을 가지고 있기 때문에 초기 발생 연구에 좋은 모델이 되고 있다. HDAC inhibitor는 Chromosome에 결합하여 유전자 발현을 억제하는 ...
배아줄기세포는 포배기의 내세포괴(inner cell mass)에서 유래하여 배양된 세포로서, 기능적으로 다양한 세포로 분화할 수 있는 능력을 지니고 있으면서 미분화 상태를 유지하여 무한대로 자신을 복제할 수 있는 특성을 가지고 있기 때문에 초기 발생 연구에 좋은 모델이 되고 있다. HDAC inhibitor는 Chromosome에 결합하여 유전자 발현을 억제하는 히스톤 탈아세틸화효소를 억제함으로서 유전자 발현을 활성화시키며, 비히스톤 단백질의 아세틸화를 유도하기도 한다. 최근에는 체세포 핵이식이나 체세포와 배아줄기세포의 융합과 같은 만능분화능세포를 유도하는데 효율을 높이기 위해 HDAC inhibitor가 사용되어지고 있다. Hsp(heat shock protein)70 은 스트레스에 의해 유도되는 molecular chaperone family 에 속하며 heat chock 뿐 아니라 세포 내 외로부터 발생되는 거의 모든 종류의 스트레스에 의해서 발현이 유도된다. 본 연구에서는 마우스 배아줄기세포에서 HDAC inhibitor의 영향을 조사하였다. HDAC inhibitor인 trichostatin a, suberoylanilide hydroxamic acid, sodium butyrate, valproic acid 를 처리하였을 때 미분화된 줄기세포의 표지인 Oct4 의 단백질 발현이 빠르게 감소하였고, 형태적으로 분화가 진행된 배아줄기세포의 모양을 나타내는 것을 확인하였다. 또한 스트레스에 의해 유도되는 단백질인 Hsp70단백질의 발현이 눈에 띄게 증가하였다. 반면 Class III HDAC을 조절하는 nicotinamide, splitomicin, resveratrol를 처리하였을 때는 분화를 유도하지 않았으며 Hsp70단백질의 증가도 보이지 않았다. 이것이 분화에 의한 것인지를 확인하기 위하여 마우스 배아줄기세포에 RA처리 후 분화를 유도하여 Hsp70의 변화를 확인하였으나 변화는 보이지 않았다. 마우스 배아줄기세포에서 HDAC inhibitor를 처리하여 mRNA 수준을 살펴본 결과는 Hsp70 level이 시간이 지남에 따라 증가하는 것을 볼 수 있었으나 Oct4의 level의 변화는 적었다. 이 결과는 HDAC에 의한 Hsp70의 증가가 transcription level의 조절에 의한 것임을 알 수 있었다. 한편 Oct4의 감소는 mRNA 수준에서는 예민하지 않았다. 마우스 배아줄기세포와 분화된 세포 사이의 HDAC inhibitor 에 대한 반응성을 비교하기 위하여 같은 조건에서 Mouse Embryonic Fibroblast 인 MEF와 STO 세포에 HDAC inhibitor를 처리한 결과 Hsp70의 증가를 볼 수 없었다. 따라서 본 연구의 결과는 HDAC inhibitor 의 효율과 반응성이 분화의 상태 및 inhibitor의 종류에 따라 달라지는 것으로 생각되며, 배아줄기세포연구에 대한 HDAC inhibitor의 적용에 더 많은 연구가 필요할 것으로 사료된다.
배아줄기세포는 포배기의 내세포괴(inner cell mass)에서 유래하여 배양된 세포로서, 기능적으로 다양한 세포로 분화할 수 있는 능력을 지니고 있으면서 미분화 상태를 유지하여 무한대로 자신을 복제할 수 있는 특성을 가지고 있기 때문에 초기 발생 연구에 좋은 모델이 되고 있다. HDAC inhibitor는 Chromosome에 결합하여 유전자 발현을 억제하는 히스톤 탈아세틸화효소를 억제함으로서 유전자 발현을 활성화시키며, 비히스톤 단백질의 아세틸화를 유도하기도 한다. 최근에는 체세포 핵이식이나 체세포와 배아줄기세포의 융합과 같은 만능분화능세포를 유도하는데 효율을 높이기 위해 HDAC inhibitor가 사용되어지고 있다. Hsp(heat shock protein)70 은 스트레스에 의해 유도되는 molecular chaperone family 에 속하며 heat chock 뿐 아니라 세포 내 외로부터 발생되는 거의 모든 종류의 스트레스에 의해서 발현이 유도된다. 본 연구에서는 마우스 배아줄기세포에서 HDAC inhibitor의 영향을 조사하였다. HDAC inhibitor인 trichostatin a, suberoylanilide hydroxamic acid, sodium butyrate, valproic acid 를 처리하였을 때 미분화된 줄기세포의 표지인 Oct4 의 단백질 발현이 빠르게 감소하였고, 형태적으로 분화가 진행된 배아줄기세포의 모양을 나타내는 것을 확인하였다. 또한 스트레스에 의해 유도되는 단백질인 Hsp70단백질의 발현이 눈에 띄게 증가하였다. 반면 Class III HDAC을 조절하는 nicotinamide, splitomicin, resveratrol를 처리하였을 때는 분화를 유도하지 않았으며 Hsp70단백질의 증가도 보이지 않았다. 이것이 분화에 의한 것인지를 확인하기 위하여 마우스 배아줄기세포에 RA처리 후 분화를 유도하여 Hsp70의 변화를 확인하였으나 변화는 보이지 않았다. 마우스 배아줄기세포에서 HDAC inhibitor를 처리하여 mRNA 수준을 살펴본 결과는 Hsp70 level이 시간이 지남에 따라 증가하는 것을 볼 수 있었으나 Oct4의 level의 변화는 적었다. 이 결과는 HDAC에 의한 Hsp70의 증가가 transcription level의 조절에 의한 것임을 알 수 있었다. 한편 Oct4의 감소는 mRNA 수준에서는 예민하지 않았다. 마우스 배아줄기세포와 분화된 세포 사이의 HDAC inhibitor 에 대한 반응성을 비교하기 위하여 같은 조건에서 Mouse Embryonic Fibroblast 인 MEF와 STO 세포에 HDAC inhibitor를 처리한 결과 Hsp70의 증가를 볼 수 없었다. 따라서 본 연구의 결과는 HDAC inhibitor 의 효율과 반응성이 분화의 상태 및 inhibitor의 종류에 따라 달라지는 것으로 생각되며, 배아줄기세포연구에 대한 HDAC inhibitor의 적용에 더 많은 연구가 필요할 것으로 사료된다.
Embryonic stem cells are pluripotent stem cells derived from the inner cell mass of the blastocyst, an early-stage embryo. Embryonic stem cells can self-renew and generate all cell types in the body, and ES cells serve as an excellent model system to study on early development. Histone acetylation a...
Embryonic stem cells are pluripotent stem cells derived from the inner cell mass of the blastocyst, an early-stage embryo. Embryonic stem cells can self-renew and generate all cell types in the body, and ES cells serve as an excellent model system to study on early development. Histone acetylation and methylation play an important role in the regulation of gene expression in embryonic stem cells. Recently HDAC inhibitors are used to enhance somatic cell nuclear transfer (SCNT) and iPS cells reprogramming efficiency. Heat shock proteins (HSP) belong to a chaperone protein family increased when the cells are exposed to elevated temperatures or other stress. In this study, we investigated effects of histone deacetylase inhibitors in mouse embryonic stem cells. HDAC inhibitors such as trichostatin a, suberoylanilide hydroxamic acid, sodium butyrate, valproic acid induced differentiation of mouse embryonic stem cells based on morphology and expression of Oct4 protein. HDAC inhibitors also induced a time and dosage dependent increase in Hsp70 protein level. In contrast, Class III HDAC regulators such as nicotinamide, splitomicin, resveratrol did not induce Hsp70 expression and differentiation. To determine whether increase of Hsp70 was correlated with differentiation, we investigated expression of Hsp70 in mouse ES cells during differentiation induced by Retinoic acid. There was no change in expression of Hsp70. We also checked mRNA expression levels of Oct4 and Hsp70 after treatment with HDAC inhibitor. While expression level of Hsp70 mRNA was drastically increased in a time-dependent manner, level of Oct4 was slightly decreased. Our results showed that expression of Hsp70 induced by HDAC inhibitors is regulated at the level of transcription. To compare the sensitivity between ES cells and differentiated cells, we checked expression levels of Hsp70 after treatment with HDAC inhibitors in Mouse Embryonic Fibroblasts (MEF) and mouse stromal cells (STO). Treatment with HDAC inhibitors did not induce Hsp 70 expression in MEF and STO. Our results indicate that sensitivity and efficacy of HDAC inhibitors depend on the developmental status and class of the inhibitors. Better understanding on the effects of HDAC inhibitors may give insights into stem cell biology.
Embryonic stem cells are pluripotent stem cells derived from the inner cell mass of the blastocyst, an early-stage embryo. Embryonic stem cells can self-renew and generate all cell types in the body, and ES cells serve as an excellent model system to study on early development. Histone acetylation and methylation play an important role in the regulation of gene expression in embryonic stem cells. Recently HDAC inhibitors are used to enhance somatic cell nuclear transfer (SCNT) and iPS cells reprogramming efficiency. Heat shock proteins (HSP) belong to a chaperone protein family increased when the cells are exposed to elevated temperatures or other stress. In this study, we investigated effects of histone deacetylase inhibitors in mouse embryonic stem cells. HDAC inhibitors such as trichostatin a, suberoylanilide hydroxamic acid, sodium butyrate, valproic acid induced differentiation of mouse embryonic stem cells based on morphology and expression of Oct4 protein. HDAC inhibitors also induced a time and dosage dependent increase in Hsp70 protein level. In contrast, Class III HDAC regulators such as nicotinamide, splitomicin, resveratrol did not induce Hsp70 expression and differentiation. To determine whether increase of Hsp70 was correlated with differentiation, we investigated expression of Hsp70 in mouse ES cells during differentiation induced by Retinoic acid. There was no change in expression of Hsp70. We also checked mRNA expression levels of Oct4 and Hsp70 after treatment with HDAC inhibitor. While expression level of Hsp70 mRNA was drastically increased in a time-dependent manner, level of Oct4 was slightly decreased. Our results showed that expression of Hsp70 induced by HDAC inhibitors is regulated at the level of transcription. To compare the sensitivity between ES cells and differentiated cells, we checked expression levels of Hsp70 after treatment with HDAC inhibitors in Mouse Embryonic Fibroblasts (MEF) and mouse stromal cells (STO). Treatment with HDAC inhibitors did not induce Hsp 70 expression in MEF and STO. Our results indicate that sensitivity and efficacy of HDAC inhibitors depend on the developmental status and class of the inhibitors. Better understanding on the effects of HDAC inhibitors may give insights into stem cell biology.
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