자연분화 인간 배아줄기세포로부터 형성된 배상체에 관한 연구

Abstract

인간 배아줄기세포는 착상 전 배반포의 내부세포덩어리로부터 유래된 전분화능 세포로서, 인간의 몸을 구성하는 조직 또는 기관으로 분화 가능성을 가지고 있다. 배아줄기세포의 분화를 유도하는 일반적인 방법으로 배상체 (embryoid body: EB) 형성 방법이 있으며, 형성시기에 따라 형태와 특성이 구분된다는 보고가 있다. 그러나 배상체를 형성시킬 때 항상 일관성 있는 형태와 세포 구성성분의 배상체가 출연하는 것은 아니며, 이 현상에 대한 기전은 아직 알려져 있지 않다. 초기 배아발달 시기 중 착상 전에 출연하는 원시 내배엽 (primitive endoderm; PrE)은 착상 후 장측 내배엽 (visceral endoderm; VE) 세포로 분화한다. 이 때 장측 내배엽은 배외배엽 (embryonic ectoderm)의 세포사멸 (apoptosis) 및 강형성 (cavitation)을 유도하는데 필수적인 역할을 한다. 본 연구에서는 인간 배아줄기세포 배양 시 미분화 세포와 원시내배엽 유사세포 (PrE-like cell)를 지닌 자연분화 (spontaneous differentiation)세포를 분리하여 이들 세포로부터 배상체를 형성시켜 각각의 형태와 특성을 비교 분석하였다. 자연 분화세포로부터 형성된 배상체는 미분화세포에서 형성된 배상체와 비교 했을 때, 포낭 (cystic)형태의 배상체가 2배 이상 증가되어 나타났으며, 이 세포들은 형성시기에 따라 미분화세포의 표지인자인 Oct4, Dppa5, Nanog, miR-302b～367의 발현이 감소하였다. 또한 장측 내배엽세포의 표지인자인 GATA6, vHNF1, HNF3β, HNF4α, TTR, AFP의 발현은 강하게 증가하였으며, 장측 내배엽 유사세포는 포낭 배상체 외층에 위치하는 것으로 나타났다. 따라서 자연분화세포에서 유래된 장측 내배엽 유사세포 (VE-like cell)에 의해 포낭 배상체의 형성이 유도되며 이것은 정상적인 분화 과정에 필수적인 것으로 사료된다.; Human embryonic stem cells(hESC) derived from the inner cell mass (ICM) of human blastocysts are pluripotent cells which have the capacity to self renew and to differentiate into all three primary germ layers. General method of differentiation with three germ layers has been used hESC-derived embryoid body(EB) formation. It was reported that the morphology and characterization distinguishable according to EB formation time. Heterogeneous morphology appears after EB formation, it is not clear. In vivo, at the time of preimplantation, the inner cell mass of the blastocysts consists of a core of embryonic ectoderm cells surrounded by an outer layer of primitive endoderm(PrE) and at the time of implantation, PrE subsequently gives rise to visceral endoderm(VE). The VE play important role to undergo cavitation process through inducing apoptosis. Spontaneously differentiated cell population including the PrE like-cells were emerged in culture of hES cells. In this study, we examined to identify the characterization after EB formation from undifferentiated and spontaneously differentiated hESC. We showed that the formation of cystic EB from spontaneously differentiated hESC was increased about two times than the cystic EB formation from undifferentiated hESC. The expression levels of Oct4, Dppa5, and Nanog, pluripotency marker, were gradually decreased and GATA6, vHNF1, and HNF3β, HNF4α, TTR, AFP, VE specific markers, were substantially increased in differentiating cystic EB. Also, in the case of immunocytochemistry, expression of Oct4 was decreased in cystic EB but the expression of GATA6, vHNF1, and HNF3β, HNF4α, TTR, AFP were increased within the outer layer of the cystic EB. These result suggested that the cystic EB formation were induced from PrE like-cell derived spontaneously differentiated hESC. This phenomenon is required essential during normal differentiation.