엑소좀은 세포에서 분비되는 작은 소낭체로서, 기원세포와 조직에 따라 다양한 기능을 수행하며, 세포생존 및 세포 간 커뮤니케이션에 중요한 역할을 한다. 최근 엑소좀을 활용하여 종양연구, 면역질환 개선, 질병진단 bio-marker 개발 등 다양한 분야에서 연구가 진행되고 있으나, 피부세포에서 분비기전 및 피부 생리적 기능에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서 인체피부 유래 각질형성세포(HaCaT)로부터 분리된 엑소좀이 피부각질형성세포의 증식과 이주에 미치는 영향을 확인하고자 하였다. HaCaT으로부터 ExoQuick-TC를 활용하여 엑소좀을 분리하고, 열처리 엑소좀(boiled exosome)과 무처리 엑소좀(unboiled exosome)으로 구분하였다. HaCaT 유래 엑소좀은 농도 의존적으로($0.1{\sim}20{\mu}g/mL$) HaCaT의 증식을 유도하였으며, $20{\mu}g/mL$에서 대조군(control)에 비해 각각 $186.96{\pm}3.87%$(열처리) 또는 $193.48{\pm}10.48%$(무처리)의 증식 유도활성을 나타내었다. 또한 HaCaT 유래 무처리 엑소좀은 농도 의존적인($0.1{\sim}20{\mu}g/mL$) HaCaT의 이주활성을 나타내었고, $20{\mu}g/mL$에서 대조군에 비해 $179.39{\pm}4.89%$의 이주를 유도하였다. 그러나 열처리 엑소좀은 이주 유도활성을 나타내지 않았다. 뿐만 아니라 무처리 HaCaT 유래 엑소좀은 collagen sprout outgrowth를 농도 의존적으로 유도함을 확인하였다. 이러한 결과를 통해서 HaCaT 유래 엑소좀은 지질 및 열에 안정한 물질이 세포의 증식을 유도하고, 단백질 또는 열에 불안정한 물질이 세포의 이동 및 sprout out growth 활성에 관여하는 것으로 확인되었다. 따라서 피부각질형성세포 유래 엑소좀은 피부의 재상피화 및 상처치유 등의 활성을 나타낼 수 있으며, 향후 화장품소재로서 응용 가능성이 확인되었다.
엑소좀은 세포에서 분비되는 작은 소낭체로서, 기원세포와 조직에 따라 다양한 기능을 수행하며, 세포생존 및 세포 간 커뮤니케이션에 중요한 역할을 한다. 최근 엑소좀을 활용하여 종양연구, 면역질환 개선, 질병진단 bio-marker 개발 등 다양한 분야에서 연구가 진행되고 있으나, 피부세포에서 분비기전 및 피부 생리적 기능에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서 인체피부 유래 각질형성세포(HaCaT)로부터 분리된 엑소좀이 피부각질형성세포의 증식과 이주에 미치는 영향을 확인하고자 하였다. HaCaT으로부터 ExoQuick-TC를 활용하여 엑소좀을 분리하고, 열처리 엑소좀(boiled exosome)과 무처리 엑소좀(unboiled exosome)으로 구분하였다. HaCaT 유래 엑소좀은 농도 의존적으로($0.1{\sim}20{\mu}g/mL$) HaCaT의 증식을 유도하였으며, $20{\mu}g/mL$에서 대조군(control)에 비해 각각 $186.96{\pm}3.87%$(열처리) 또는 $193.48{\pm}10.48%$(무처리)의 증식 유도활성을 나타내었다. 또한 HaCaT 유래 무처리 엑소좀은 농도 의존적인($0.1{\sim}20{\mu}g/mL$) HaCaT의 이주활성을 나타내었고, $20{\mu}g/mL$에서 대조군에 비해 $179.39{\pm}4.89%$의 이주를 유도하였다. 그러나 열처리 엑소좀은 이주 유도활성을 나타내지 않았다. 뿐만 아니라 무처리 HaCaT 유래 엑소좀은 collagen sprout outgrowth를 농도 의존적으로 유도함을 확인하였다. 이러한 결과를 통해서 HaCaT 유래 엑소좀은 지질 및 열에 안정한 물질이 세포의 증식을 유도하고, 단백질 또는 열에 불안정한 물질이 세포의 이동 및 sprout out growth 활성에 관여하는 것으로 확인되었다. 따라서 피부각질형성세포 유래 엑소좀은 피부의 재상피화 및 상처치유 등의 활성을 나타낼 수 있으며, 향후 화장품소재로서 응용 가능성이 확인되었다.
Exosome, a small vesicle secreted from cells, has diverse functions depending on cell origins and tissue types and plays a important role in cell viability and intercellular communication. Recently, many researchers have demonstrated the use of exosomes for the treatment of cancers and immune diseas...
Exosome, a small vesicle secreted from cells, has diverse functions depending on cell origins and tissue types and plays a important role in cell viability and intercellular communication. Recently, many researchers have demonstrated the use of exosomes for the treatment of cancers and immune diseases, and the development of diagnostic biomarker. However, the secretion mechanism of exosome from skin cell and its physiological functions in skin remain unclear. Thus, this study aimed to explore whether keratinocyte-derived exosome affects proliferation and migration in HaCaTs. Exosomes were isolated from HaCaTs by ExoQuick-TC and then boiled or unbolied. Boiled and unboiled exosome induced proliferation in HaCaTs in a dose-dependant manner ($0.1{\sim}20{\mu}g/mL$), respectively. Boiled and unboiled exosome at concentration of $20{\mu}g/mL$ increased proliferation level in HaCaTs by $186.96{\pm}3.87%$ and $193.48{\pm}10.48%$ compared with control group. Unboiled exosome stimulated migration in HaCaTs in a dose-dependent manner ($0.1{\sim}20{\mu}g/mL$), which reached a maxium at concentration of $20{\mu}g/mL$ ($179.39{\pm}4.89%$ of control), but boiled exosome did not affect HaCaT migration. In addition, unboiled exosome ($0.1{\sim}20{\mu}g/mL$) dose-dependently stimulated sprout outgrowth in HaCats. These results demonstrate that in exosome from HaCaTs, heat-stable components such as lipid may induce HaCaT proliferation and heat-unstable components such as protein may stimulate migration and sprout outgrowth in HaCaTs, thereby leading to reepithelialization and skin-wound healing activities. It is concluded that exosomes from HaCaTs may be used as cosmetic materials.
Exosome, a small vesicle secreted from cells, has diverse functions depending on cell origins and tissue types and plays a important role in cell viability and intercellular communication. Recently, many researchers have demonstrated the use of exosomes for the treatment of cancers and immune diseases, and the development of diagnostic biomarker. However, the secretion mechanism of exosome from skin cell and its physiological functions in skin remain unclear. Thus, this study aimed to explore whether keratinocyte-derived exosome affects proliferation and migration in HaCaTs. Exosomes were isolated from HaCaTs by ExoQuick-TC and then boiled or unbolied. Boiled and unboiled exosome induced proliferation in HaCaTs in a dose-dependant manner ($0.1{\sim}20{\mu}g/mL$), respectively. Boiled and unboiled exosome at concentration of $20{\mu}g/mL$ increased proliferation level in HaCaTs by $186.96{\pm}3.87%$ and $193.48{\pm}10.48%$ compared with control group. Unboiled exosome stimulated migration in HaCaTs in a dose-dependent manner ($0.1{\sim}20{\mu}g/mL$), which reached a maxium at concentration of $20{\mu}g/mL$ ($179.39{\pm}4.89%$ of control), but boiled exosome did not affect HaCaT migration. In addition, unboiled exosome ($0.1{\sim}20{\mu}g/mL$) dose-dependently stimulated sprout outgrowth in HaCats. These results demonstrate that in exosome from HaCaTs, heat-stable components such as lipid may induce HaCaT proliferation and heat-unstable components such as protein may stimulate migration and sprout outgrowth in HaCaTs, thereby leading to reepithelialization and skin-wound healing activities. It is concluded that exosomes from HaCaTs may be used as cosmetic materials.
피부과학 연구 분야에서는 human umbilical cord mesenchymal stem cell 유래 엑소좀이 화상피부의 피부재생을 유도하여 상처치유 활성을 나타낸다고 보고되었으며[9], 각질형성세포(keratinocyte) 유래 엑소좀이 melanosomal proteins의 발현을 증가시켜 멜라닌 합성을 유도한다고 보고되어[10] 엑소좀을 활용한 연구가 진행되고 있으나, 그 중요성에 비해 연구의 진행 정도가 낮은 상태이다. 따라서 본 연구에서 인체피부 유래 각질형성세포를 이용하여 엑소좀 분리 방법을 구축하고 피부각질형성세포의 증식과 이주에 미치는 영향을 확인함으로써 피부세포 유래 엑소좀의 역할을 규명하고, 나아가 새로운 피부생리활성 소재 개발의 가능성을 확인하고자 하였다.
제안 방법
ExoQuick-TC를 처리하여 4 ℃에서 12 h 반응시킨 후 원심분리(1,500 × g, 30 min)를 이용하여 상층액을 제거하고 엑소좀을 분리하였다. 확보된 엑소좀은 PBS에 녹인 후 99 ℃에서 10 min간 열처리한 엑소좀(boiled exosome)과 무처리 엑소좀(unboiled exosome)으로 구분하여 실험에 사용하였다.
대상 데이터
본 실험에 사용된 recombinant human epidermal growth factor (rhEGF)는 R&D systems (USA)에서 구입하였으며, Dulbecco’s modified Eagle medium (DMEM), fetal bovine serum (FBS), penicillin/streptomycin, phosphate buffered saline (PBS)은 Hyclone (USA) 또는 Invitrogen (USA) 구입하였다. Type I collagen은 BD bioscience (USA)에서 구입하였으며, bovine serum albumin는 Sigma (USA)에서 구입하였다.
본 실험에 사용된 인체 피부 유래 각질형성세포(human skin keratinocyte cell line; HaCaT)는 대구 경북 한방산업진흥원에서 분양받아 사용하였다. HaCaT은 DMEM 배지에 10% FBS와 100 U/mL penicillin, 100 µg/mL streptomycin을 첨가하여 37 ℃, 5% CO2 조건의 배양기에서 배양하였다.
데이터처리
실험결과는 mean ± S.E.M으로 표기하였으며, Graphpad prism software (version 5.00, USA) 프로그램을 이용한 Student’s t-test 방법을 통해 유의성 여부를 분석하였고, 그 결과 p ＜ 0.05일 경우에 한하여 유의성을 인정하였다.
성능/효과
이상의 결과를 통해서 HaCaT 유래 엑소좀은 지질 및 열에 안정한 물질이 각질형성세포의 증식을 유도하고, 단백질 또는 열에 불안정한 물질이 세포의 이동 및 sprout out growth 활성을 유도하는 것으로 해석할 수 있다. 그러나 엑소좀은 단백질, 지질, 핵산 등으로 구성되어 있어, 피부재생 이외의 다양한 기능을 나타낼 것으로 생각되어진다.
열처리 엑소좀(boiled exosome)은 HaCaT의 증식을 유도하였으나, 이주 및 collagen sprout의 out growth 에는 유의한 활성이 나타나지 않았다. 이상의 결과를 통해서 HaCaT 유래 엑소좀은 지질 및 열에 안정한 물질이 각질형성세포의 증식을 유도하고, 단백질 또는 열에 불안정한 물질이 세포의 이동 및 sprout out growth 활성을 유도하는 것으로 해석할 수 있다. 그러나 엑소좀은 단백질, 지질, 핵산 등으로 구성되어 있어, 피부재생 이외의 다양한 기능을 나타낼 것으로 생각되어진다.
후속연구
향후, 피부세포 유래 엑소좀의 특징과 피부생리활성에 대하여 추가적인 연구가 필요하며, 이를 통해 피부조직을 형성하는 세포-세포간 및 세포-기질 간의 상호작용 등을 이해함으로서 피부조직 연구에 대한 새로운 방향성을 제시할 수 있을 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
엑소좀은 무엇인가?
엑소좀(exosome)은 세포에서 분비되는 막구조의 작은 소낭체(30 ∼ 120 nm)로서, 다포성소체(multivescularbodies, MVBs)라고 불리는 세포 내 특정 소기관에서 기원하여 세포 밖으로 방출 및 분비되어진다[1-3]. 세포 내 흡입(endocytosis)을 통해 생성된 후기 엔도좀(late endosome)이 reverse-budding에 의해 강내막소포(intraluminal vesicles, ILVs)를 내포한 다포성소체로 생성되며, lysosome과 결합 또는 분해되거나 re-package 과정을 통해 원형질막(plasma membrane)과 융합한다[3,4].
강내막소포가 세포 밖으로 나와 엑소좀이 되기 이전에 어떤 과정을 통해 생성되는가?
엑소좀(exosome)은 세포에서 분비되는 막구조의 작은 소낭체(30 ∼ 120 nm)로서, 다포성소체(multivescularbodies, MVBs)라고 불리는 세포 내 특정 소기관에서 기원하여 세포 밖으로 방출 및 분비되어진다[1-3]. 세포 내 흡입(endocytosis)을 통해 생성된 후기 엔도좀(late endosome)이 reverse-budding에 의해 강내막소포(intraluminal vesicles, ILVs)를 내포한 다포성소체로 생성되며, lysosome과 결합 또는 분해되거나 re-package 과정을 통해 원형질막(plasma membrane)과 융합한다[3,4]. 이때 세포 밖으로 방출되는 강내막소포를 엑소좀이라고 하며, 기원세포에 유래된 다양한 종류의 인지질과 단백질(receptor protein, enzyme, HSP family, GPI 단백질 등), 유전물질(DNA, RNA 등) 등을 함유하고 있다[2,4].
엑소좀은 일반적으로 어떤 역할을 하는가?
이때 세포 밖으로 방출되는 강내막소포를 엑소좀이라고 하며, 기원세포에 유래된 다양한 종류의 인지질과 단백질(receptor protein, enzyme, HSP family, GPI 단백질 등), 유전물질(DNA, RNA 등) 등을 함유하고 있다[2,4]. 엑소좀은 림프구, 암세포, 혈소판, 대식세포, 신경세포, 상피세포 등 다양한 세포에서 분비되어 혈액, 모유, 양수, 뇌척수액, 소변, 복수액 등의 체액(body fluid)에 존재하며, 다른 세포 또는 자가 세포에게 단백질, 지질, 유전정보 등을 전달(molecular transfer)하여 세포의 증식(proliferation)과 분화(differentiation),세포자멸사(apoptosis) 및 혈관신생(angiogenesis) 등을 조절하고, 세포 간 커뮤니케이션(intercellular communication)을 유도하는 역할을 한다[3,4,7]. 특히, 암세포 유래 엑소좀 표면에는 T림프구의 세포자멸사를 유도하는 단백질이 발현되어 면역반응을 억제한다고 보고되었으나, 수지상세포(dendritic cell)유래 엑소좀의 표면에는 T 림프구 혹은 MHC II의 활성을 촉진하는 단백질이 발현되어 면역활성을 촉진한다고 보고됨에 따라 엑소좀은 기원세포에 따라 구성성분의 특성과 역할이 달라질 수 있다[5-7].
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