배경 : 유도된 만능줄기세포의 등장 이후 배아줄기세포와의 분화능 비교는 계속되어 왔다. 본 실험실에서는 유전자 조작을 가하지 않고 배아줄기세포의 단백성분을 추출하여 유도만능줄기세포를 얻어내는데 성공하였고, 이러한 단백추출물에 의한 만능줄기세포(이하, PE-iPS)가 유전자 조작에 의한 만능줄기세포(이하, GE-iPS), 배아줄기세포와 비교하여 심혈관 세포로의 분화에 어떠한 차이를 보이는지 정량적인 비교를 수행하고자 하였다.
연구 방법 및 결과 : 시험관 안에서의 분화조건은 배아체를 형성시켜 7일간 부유 배양 시키면서 자발적 분화를 유도한 후 시험관 바닥에 다시 부착시켜서 17일까지 분화를 지속시켰다. 이 후 RT-PCR, 유세포 분석, 자율박동 세포군락의 수 측정을 통해 심혈관 세포로의 분화 정도를 분석하였다. RT-PCR에서는 만능분화능 표지 유전자인 Oct3/4, Nanog의 발현량이 시간이 지날수록 감소하는 데 반해, 심근세포의 전사요소인 Nkx2.5, α-MHC, 혈관평활근세포의 전사요소인 α-SMA, 혈관내피세포의 전사요소인 PECAM-1은 시간이 지날수록 발현량이 증가하는 양상을 나타내어 심혈관 세포로의 분화가 제대로 이루어지고 있음을 확인 할 수 있었다. 유세포 분석은 심근세포, 혈관평활근세포, 혈관내피세포의 표지자로 각각 α-actinin, α-SMA, PECAM-1을 사용하였다. 시험관 내에서 심근세포, 혈관평활근세포, 혈관내피세포로의 분화는 세 줄기세포간 유사한 분화능을 보였다. (표 1)
자율박동을 가진 세포군락은 배아줄기세포보다 PE-iPS, GE-iPS가 유의하게 많았다. 생체 안에서의 분화능은 정상심장과 심근경색을 유도한 심장에 세포를 주입한 후 혈관 형성 능력을 비교하였다. 주입된 세포는 성별을 달리 하여 SRY 단백에 대한 염색을 시행하여 구별을 하였고, PECAM-1 염색을 시행하였다. 정상심장과 심근경색심장 모두에서 SRY(+) 세포 중 PECAM-1(+)인 세포가 세군 간에 차이를 보이지 않았다. 하지 근육에서의 분화능은 배아줄기세포와 PE-iPS를 정상 하지와 하지 허혈을 유발시킨 마우스에 주입 하였다. 정상 하지에 비해 허혈 하지에서 더 큰 기형종이 형성되었고, PECAM-1 염색을 시행하여 혈관밀도를 측정하였을 때, 정상하지의 경우, 배아줄기세포는 PECAM-1(+) 면적이 4.4±1.2%, PE-iPS는 11.0±1.8 %로 관찰되었고 (p=0.023), 허혈하지에서는 배아줄기세포는 4.8±1.4%, PE-iPS가 18.7±2.3%로 관찰되었다 p=0.002). PE-iPS가 하지에서, 특히 허혈 하지에서 혈관으로의 분화능력이 더 뛰어났다.
결론 : 본 연구에서 PE-iPS가 GE-iPS, 배아줄기세포와 비교하였을 때 심혈관 세포로의 분화능력이 뒤쳐지지 않거나 더 좋다는 것을 확인하였다. PE-iPS는 바이러스를 사용하지도 않았고, 유전자 조작을 가하지도 않아 차세대 세포치료 공급원으로 주목받을 것이다.
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