초록 ▼

□ 연구개요
전분화능 줄기세포에서 특이적으로 출현하는 (1) 새로운 세포집단(cluster)의 특성을 규명하고, (2) 세포 스트레스와 종양원성 기전을 탐색함으로써 (3) 보다 안전하고 고효율/고기능성 세포 전환기술을 확립 및 줄기세포 이식 플랫폼 제공을 최종목표로 함.
● 1차년도 연구계획 : 선행연구 (NGS and Single cell mRNA seq.)를 활용하여 bioinformatics 분석하여 세포스트레스 유래 세포집단(cellular-induced cluster)을 규명함
● 2차년도 연구계획 : 세포

□ 연구개요
전분화능 줄기세포에서 특이적으로 출현하는 (1) 새로운 세포집단(cluster)의 특성을 규명하고, (2) 세포 스트레스와 종양원성 기전을 탐색함으로써 (3) 보다 안전하고 고효율/고기능성 세포 전환기술을 확립 및 줄기세포 이식 플랫폼 제공을 최종목표로 함.
● 1차년도 연구계획 : 선행연구 (NGS and Single cell mRNA seq.)를 활용하여 bioinformatics 분석하여 세포스트레스 유래 세포집단(cellular-induced cluster)을 규명함
● 2차년도 연구계획 : 세포스트레스 유래 세포집단을 sorting하여 종양원성에 대한 분자 기전 탐색 및 세포전환 기전연구
● 3차년도 연구계획 : 세포전환(역분화/분화) 과정에서 새롭게 발생하는 종양원성 세포집단 발굴
● 4차년도 연구계획 : 특이 세포집단을 humanized mouse에 이식하여 줄기세포 이식에 따른 인간 면역반응을 연구하고 이를 통하여 보다 안전하고 줄기세포 이식 플랫폼 구축

□ 연구 목표대비 연구결과
● 1차년도 (2020년) : 전분화능 줄기세포에서 세포 스트레스 및 종양원성 세포집단 규정 및 분석
‣ 선행연구 (NGS & single cell mRNA seq.)를 활용하여 bioinformatics 분석 (clustering 분석, t-SNE 분석, trajectory model 등)을 시행하고 세포 스트레스 유래 세포 집단을 규정함.
‣ cluster 6에 대한 GO 분석 및 pathway 분석하고 NGS/meta 분석을 진행함.
‣ cluster 6에 대한 특이 세포막 단백질 (cell surface protein)을 도출하여 전분화능 줄기세포에서 특이적으로 발현하는지 확인.
‣ 전분화능 줄기세포 3개주를 feeder free 배양 조건에서 배양하고, 기본 분석을 실시함
● 2차년도 (2021년) : 세포 스트레스 및 종양원성 세포집단에 대한 특성 분석
‣ iPSC/SCNT에서 새롭게 출현하는 cellular stress response cluster에 대한 종양원성 분석. 선행연구에서 도출한 cellular stress response cluster에서 발현 증가된 유전자를 Gene ontology 분석을 하였더니 종양원성과 관련된 특이 유전자를 확인함. 특정 cluster에서 특이적으로 발현하고 있는 막표면 단백질을 찾아내고 (최소 2개 이상의 단백질 발굴), 이를 활용하여 FACS sorting 함.
‣ 특이 세포 집단에 대한 정밀 분석을 위하여 막표면 단백질을 이용하여 세포 분리함.
‣ sorting 된 특이 세포 집단을 배양하여 NGS, RT-PCR, Western Blot 실험을 진행하여 세포 집단에 대한 특성분석. 전사체 데이터 분석은 DESeq2를 이용하여 normalization 하여 다양한 hierarchical clustering method를 이용해 유전자 패턴을 예측함
‣ sorting 된 특이 세포 집단에 대한 3배엽 분화 능력 확인 및 종양원성 분석을 위하여 면역 결핍 마우스에 5X105 세포를 이식하여 암 발생 및 teratoma 발생 여부를 확인함.
‣ 다양하고 정밀한 분석을 통하여 역분화 과정에서 나타나는 독특한 세포 집단에 대해서 탐색하고 세포 치료제 개발 근거를 제시함
● 3차년도 (2022년) : 역분화/분화 과정에서 출현하는 세포 스트레스-종양원성 세포 집단 발굴
‣ 2nd reprogramming system을 이용하여 역분화 과정에서 출현하는 세포 스트레스-종양원성 규명
- 세포 스트레스 제어를 통한 종양원성 세포 집단을 제거함으로써, 역분화 기전 이해와 고효율/안전한 신개념의 세포 전환 기술을 확보해 나아감
‣ 자연분화 (spontaneous differentiated EB)에서 여전히 남아 있는 종양원성 세포 집단에 대한 고찰
- 줄기세포 유래 세포 치료제 개발 시 종양원성에 대한 안전성은 여전히 문제가 됨. 따라서 자연분화시킨 EB에서 cluster 6와 같은 특성을 보이는 세포가 존재하는지 여부를 찾아 내고, 제어하는 방법 도출할 예정
● 4차년도 (2023년) : 특이 세포집단을 인간화 마우스(humanized mouse)에 이식하여 인간 면역 반응 연구와 안전한 줄기세포 이식 플랫폼 구축
‣ 맞춤형 인간 역분화 줄기세포 연구의 궁극적 목표인 줄기세포 이식을 위해서는 줄기세포 이식에 대한 안전성이 확보되어야 함.
‣ 인간화 마우스를 이용하여 종양원성 특이 세포 집단을 이식하고 인간 면역 기전의 변화를 확인함
‣ 종양원성 특이 세포 집단 이식한 인간화 마우스에서 NF-kB 등이 유의적으로 발현이 증감됨을 확인함.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
● 체세포 운명 전환 시 세포질에서 변화되는 새로운 기전 규명과 데이터베이스를 통하여 고효율 고품질의 줄기세포 유래 치료 기술 개발에 활용 가능함
● 세포 운명이 전환 될 때 세포 내 소기관/스트레스 혹은 미세환경 조절 기술을 확립하여 줄기세포 유래 고기능성 표적세포를 확립하는데 활용함
● 본 연구과제에서 새롭게 제안되는 역분화 기술은 분자생물학, 발생학, 면역학 등 기초 연구뿐 아니라 장차 줄기세포를 이용한 세포 치료법의 개발에 응용되어 임상까지 유기적인 연계를 이룰 수 있을 것으로 기대됨
● 줄기세포 관련 산업은 2000년도부터 매년 약 20% 이상의 성장을 보이고 있는데 고효율/고기능성 역분화 기전 연구와 개발을 통하여 새로운 중개연구 시장에 뛰어 들 수 있을 것으로 기대됨
● 아직 임상의학에서는 재생의학 분야가 태동단계에 있으나 향후 줄기세포를 이용한 치료 기술의 개발과 향상은 새로운 의학 패러다임을 선동해 나갈 수 있음.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 1. 연구의 목표 및 내용 ... 5
• 2. 연구의 필요성 ... 6
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 8
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 9
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 9
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 18
• 3) 목표 달성 수준 ... 18
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 18
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 19
• 6. 자체점검표 ... 20
• 7. 참고문헌 ... 20
• 끝페이지 ... 27