초록 ▼

연구의 목적 및 내용
현재, 백혈병 환자들을 위한 골수 이식은 분리 가능한 조혈줄기세포의 수의 제한 때문에 한계를 지니고 있다. 그러므로, 조혈줄기세포의 체취효율을 늘리거나, 조혈줄기세포를 실험실 내에서 증식시키는 것은 시급한 문제 중 하나이다.

본 연구의 연구목표는 노화가 됨에 따라 조혈줄기세포의 수가 증가하는 점에 착안하여, 그 원인 중 하나가 조혈줄기세포의 미세 환경일 것이라 가정하고, 이를 이용하여, 조혈줄기세포의 ex vivo 증식 방법 개발 및 미세환경의 줄기세포 조절기작 연구를 목표로 하고 있다.

연구의 목적 및 내용
현재, 백혈병 환자들을 위한 골수 이식은 분리 가능한 조혈줄기세포의 수의 제한 때문에 한계를 지니고 있다. 그러므로, 조혈줄기세포의 체취효율을 늘리거나, 조혈줄기세포를 실험실 내에서 증식시키는 것은 시급한 문제 중 하나이다.

본 연구의 연구목표는 노화가 됨에 따라 조혈줄기세포의 수가 증가하는 점에 착안하여, 그 원인 중 하나가 조혈줄기세포의 미세 환경일 것이라 가정하고, 이를 이용하여, 조혈줄기세포의 ex vivo 증식 방법 개발 및 미세환경의 줄기세포 조절기작 연구를 목표로 하고 있다.

예비결과에서는 조혈줄기세포의 미세환경 중 하나이며, 조혈줄기세포를 지지하는 것으로 알려져 있는 MSC (중간엽 줄기세포)를 Young과 Aged 생쥐에서 분리하여, 조혈줄기 세포와 공동 배양하였을 때, 조혈줄기세포의 증식을 지지하는 능력을 비교하였다. 그리고 그 결과, 이를 바탕으로, 1차 년도에서는 여러 종류의 (개체가 다른) human과 mouse MSC를 확립하고, 이를 비교 분석할 것을 목표로 하였다.

2차년도에서는 확립된 Young 또는 Aged MSC가 조혈줄기세포에 미치는 가능성을 바탕으로, 공동배양시 조혈줄기세포에 미치는 영향을 ex vivo에서 확인하였다. 공동배양으로 인한 줄기세포의 변화는 집락군 형성 능력, 표지인자들의 변화 (FACS, BD LSR Fortesa 이용), 세포주기(BrdU), 세포사멸측정 (Apoptosis-BD FACS LSR Fortesa 이용), 그리고 줄기세포의 특징 중 하나인 Side Population의 변화 등에 대하여 ex vivo에서 측정하려한다.

또한, 1차년도의 결과에서 밝혀진 Young에서 높게 발현되는 2개의 유전자가 노화에 미치는 영향을(즉, 세포주기, 재생능력 등) mouse MSC를 이용하여 확인한 후, 이 유전자의 제거나 과발현이 MSC의 특성에 어떤 영향을 미치는지 (senescence, apoptosis 또는 줄기세포 지지능력)를 연구할 예정이다.

이 과정 중 노화된 MSC와 조혈줄기세포 공동배양 시 효율을 극대화할 수 있는 조건을 확립하고, 지적재산권을 신청할 예정이다.

연구결과
본 연구의1차년도와 2차년도 수행 결과, 노화된 중간엽 줄기세포가 조혈줄기세포의 생체 내 이식률을 증가시키며, 조혈줄기세포를 지지하는 단백질의 발현이 증가됨을 확인할 수 있었다. 1,2차년도의 결과를 바탕으로 문헌을 조사, 분석한 결과, 조혈줄기세포의 지지능력이 노화세포가 분비하는 싸이토카인의 증가, 즉 senescence-associated secretory phenotype (SASP)임을 예측할 수 있었다. 2차년도 동안, SASP를 조절하는 인자를 찾기 위해 microarray를 수행하여 노화억제 유전자를 발견하였다.

흥미롭게도, 발견된 노화억제유전자는 in vitro에서 primary cell에 과발현시켰을 때 SASP를 억제하고, 세포의 phenotype이 젊어지는 방향으로 유도할 수 있었다. 이 발견으로 특허를 신청하였고, 현재 특허1건 (10-2017-0001277)을 출원하였고, 1건 (연세대 관리번호 : DP-2017-0223)을 준비 중이다. 또한, 본 연구를 바탕으로 논문 1편을 준비 중이다.

연구결과의 활용계획
백혈병의 치료방법 중 하나로서 골수이식은 가장 최선의 방법으로서 이용되어지고 있다.
하지만, 골수 또는 재대혈에서 얻을 수 있는 제한된 조혈줄기세포의 수 때문에, 더 많은 수의 줄기세포를 채취하는 방법을 개발하거나 조혈줄기세포를 ex vivo에서 증식시키는 방법을 개발하는 것은 시급한 문제중 하나이다. 본 연구에서 마우스나 인간에게서 공통적으로 노화된 중간엽 줄기세포가 조혈줄기세포를 증식시키며, 이를 조절하는 메커니즘이 밝혀진다면, 우리는 유전자의 변형이나 약물투여와 같은 위험한 부작용을 야기할 수 있는 방법을 피하면서 줄기세포의 생착률을 증가시켜 이식 성공률을 높일 수 있게 될 것이다. 이는 줄기세포를 이용한 세포치료에 새로운 획을 긋게 될 것이다.

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose&contents
It is well identified that the number of Hematopoietic stem cell increase during aging process. However, the mechanisms to regulate the number of HSC is not clearly understood. In our preliminary data, aged mesenchymal stem cell(MSC) increased the engraftment of HSC in vivo and c

Purpose&contents
It is well identified that the number of Hematopoietic stem cell increase during aging process. However, the mechanisms to regulate the number of HSC is not clearly understood. In our preliminary data, aged mesenchymal stem cell(MSC) increased the engraftment of HSC in vivo and colony forming capacity of HSC in vitro. Thus, in this project, we will study the mechanisms how MSC modulate HSC's characteristics such as self-renewal, cell cycle and proliferation.

Result
As a part of my initial study, I revealed that quiescent PDGFRα+ cells of mesenchymal stem cells, which exist in bone marrow and are considered as hematopoietic stem cell niche, diminished upon 5-FU treatment in aged mice, but not in young mice. I found that aged mesenchymal stem cells are more proliferative than those isolated from young mice, both in vivo and in vitro. I administered 5FU to young (2-4 months old) versus aged (18-26 months old) mice and then isolated MSCs from bone marrow. 5FU is known to induce apoptotic cell death by inhibiting proliferation. The number of quiescent cells in aged MSC, which are not responsive to 5FU administration, was surprisingly less than that in young MSC. Also interestingly, when aged MSC (isolated from 18-26 months old mice) were initially isolated, they showed a high proliferation rate. However, aged MSC then exhibited reduced proliferation when serially passaged in culture, whereas young MSC (isolated from 2-4 months old mice) maintained their proliferation potential during in vitro culture. Aged MSC when serially passaged also showed enlarged cellular size and flattening, which are both features of senescence. Surprisingly, aged MSC when serially passaged exhibited a senescence-associated secretary phenotype, yet another hallmark of aging. To identify components that modulate stem cell aging phenotypes such as cellular senescence, I performed two microarrays to define both genes (coding traditional transcripts) and microRNAs that are related to aging, comparing freshly isolated young versus aged MSCs. Interestingly, young vs. aged MSC showed clearly distinct patterns of gene and microRNAs expression. This suggests that certain mechanisms and pivotal components might be related to the aging phenotype.

In my 2^nd year of research, I found this mechanisms to regulate cellular senescence during aging. I applied two patent and I have aquired 90% of the needed data and will submit this paper in 2017.

Expected Contribution
Although aging research is a very fast growing field, much remains unknown that stands in the way of a deep understanding. Especially microRNAs, likely to regulate certain hallmarks of aging, have not yet been clearly identified. The successful completion of the proposed studies will point to novel mechanisms concerning stem cells aging, knowledge that will assist the larger field in attempts to increase healthspan and enhance therapeutic stem cell based approaches.

(출처 : SUMMARY 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 15
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 15
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 15
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 16
• 8. 참고문헌 ... 16
• 9. 연구성과 ... 17
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 17
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 17
• 12. 기타사항 ... 17
• 끝페이지 ... 17