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2006년 일본의 Shinya Yamanaka가 유도만능줄기세포 (Induced Pluripotent Stem Cells) 제작기술을 발표하면서 현재까지, 새로운 세포 운명 전환 기술로 만능성 인자 기반의 리프로그래밍 (reprogramming) 연구가 활발히 진행되고 있다. 이는 기존의 ...

2006년 일본의 Shinya Yamanaka가 유도만능줄기세포 (Induced Pluripotent Stem Cells) 제작기술을 발표하면서 현재까지, 새로운 세포 운명 전환 기술로 만능성 인자 기반의 리프로그래밍 (reprogramming) 연구가 활발히 진행되고 있다. 이는 기존의 배아줄기세포가 지닌 윤리적 문제를 극복하고, 면역거부 반응 없는 환자 맞춤형 줄기세포 제작을 가능케 하였으며, 성공적인 조직 재생을 위해 필요한 다량의 세포 공급원의 역할 및 질병모델링 그리고 신약개발에 응용되고 있다.

하지만 임상적용을 위해서는 세포 이식할 때 나타나는 유전적 불안정성 및 미분화된 세포로부터 발생하는 종양 형성 등 극복해야 할 문제점이 있다. 따라서 본 실험실에서는 선행연구를 통해 줄기세포치료제 생산을 위해서 인간태반유래조건화배지 (hPCCM)를 이용하여 무동물, 무지지세포를 이용한 인간전능성줄기세포 (hPSCs) 배양 방법을 개발 하였으며 필수성장인자들의 첨가 없이도 케모카인 (C-X-C 모티프) 수용체 2 (CXCR2) 와 그 관련 리간드가 mTOR-β-카테닌-hTERT 축을 통해 미분화능을 유지하고 성장을 조절한다는 사실을 증명하였다.

이러한 결과를 통해 CXCR2가 분화 과정에서 세포의 운명을 결정하는데 관련이 있다고 생각하고 본 실험을 계획하였다. 먼저, ⅰ) CXCR2 특이적 리간드를 함유하는 인간태반유래조건화배지 (hPCCM)를 사용하여 체세포의 리프로그래밍을 유도 하고 성장인자를 포함하는 상용화된 배지와 그 효율을 비교하였다. 그 결과, 인간태반조건화배지에서 10배 이상의 높은 효율을 보였으며 다양한 인간의 체세포 (내피세포, 태반세포, 피부세포)에서 리프로그래밍 효율을 비교한 결과 흥미롭게도, 내피세포의 리프로그래밍 효율이 다른 세포보다 유의하게 높게 나타났다 (7-10 배, p < 0.01). 이러한 결과는 CXCR2 리간드인 GRO⍺가 내피세포를 자극하여 CXCR2 신호 전달이 활성화 된 것으로 생각하고 그 다음으로, ⅱ) CXCR2 신호 조절에 따른 리프로그래밍 효율을 평가하였다. shRNA 렌티 바이러스를 이용하여 CXCR2 발현을 억제하고 역분화줄기세포를 유도한 결과 리프로그래밍 효율이 유의하게 감소하였고 반대로, CXCR2의 발현을 활성화시켜 역분화줄기세포를 유도한 결과 리프로그래밍 효율이 크게 향상된 것을 확인할 수 있었다. 마지막으로, ⅲ) 역분화줄기세포가 유도 되는 과정에서 CXCR2의 하위 신호전달 경로를 조사하여 리프로그래밍에 미치는 영향을 확인하였다. 리프로그래밍 과정에서 생성되는 역분화줄기세포 콜로니에서만 CXCR2, mTOR 및 β- 카테닌의 발현이 콜로니가 생성되지 않은 세포와 비교하였을 때 높게 나타나는 것을 발견하였다.

구체적으로, mTOR가 억제 되더라도 CXCR2가 하향 조절되지 않으면 리프로그래밍에 영향을 미치지 않는다는 것을 발견하였으며, 우리는 역분화인자 형질 도입 후 mTOR 활성화가 리프로그래밍에 중요 할 것으로 생각하였다. 따라서, 리프로그래밍을 용이하게 하기 위해 mTOR 활성화제 (MHY1485)를 사용하여 리프로그래밍 효율 증가를 입증하였을 뿐만 아니라 CXCR2 ligands (GRO⍺, IL-8)에서도 리프로그래밍 효울 증가 효과를 확인함으로써 CXCR2와 mTOR 신호를 조절하여 리프로그래밍을 유도할 수 있으며 역분화 줄기세포 생산에 필수적인 역할을 한다는 것을 증명 하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Currently, the potential clinical application of induced pluripotent stem cells (iPSCs) is limited by the low efficiency of somatic cell reprogramming. Here, we show that human placenta-derived cell conditioned medium (hPCCM) stimulates CXCR2 of human somatic cells ectopically expressing pluripotency...

Currently, the potential clinical application of induced pluripotent stem cells (iPSCs) is limited by the low efficiency of somatic cell reprogramming. Here, we show that human placenta-derived cell conditioned medium (hPCCM) stimulates CXCR2 of human somatic cells ectopically expressing pluripotency-associated transcription factors OCT4, SOX2, KLF4, and cMYC (OSKM) leading to mTOR activation. This causes an increase in endogenous cMYC levels and decreases autophagy, thereby enhancing reprogramming efficiency into iPSCs. These findings were reproduced when human somatic cells after OSKM transduction were cultured in a widely used reprogramming medium (mTeSR) supplemented with CXCR2 ligands (GROα and IL-8) or a mTOR activator (MHY1485). This is the first report demonstrating that mTOR activation in human somatic cells with ectopic OSKM expression significantly enhances the production of iPSCs. The results can support the development of convenient protocols for the clinical translation of iPSCs and the understanding of the biology of reprogramming somatic cells.

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