흰쥐 뇌에 Mash1과 Ngn2를 형질 도입한 신경전구세포 이식 후 이식된 세포의 증식 및 분화기전 연구

Abstract

Nueral precursor cell (NPC)은 파킨슨씨 병이나 헌팅턴 병과 같은 퇴행성 뇌질환의 대표적인 세포 치료제로서의 대안으로 여겨지고 있다. 하지만 세포이식을 기반으로 한 퇴행성 뇌질환의 치료는 세포 이식 후 숙주 내의 조직 안에서 괴사 또는 분화가 되지 않는 형태로 남아있는 경우가 많이 보고 되어 심각한 문제점이 제기되어왔다. 본 실험에서는, 뇌 형성시기 중 초반에 신경세포의 분화에 관여하는 proneural bHLH transcription factor Ngn2와 Mash1을 형질 도입한 세포를 이용, 세포 생존율 증진과 신경세포로의 분화를 유도하여 그 효과를 확인하였다. Mash1과 Ngn2 과발현하는 세포는 in vitro culture모두에서 신경세포로의 분화를 확연히 증진시켰다. Ngn2가 발현되는 NPC는 빠르게 세포주기를 벗어남과 동시에 신경세포 분화를 유도하였다. 반면에, Mash1이 발현되는 NPC는 분화시기에서도 계속적으로 세포수가 증가하는 양상을 보였다. Mash1이 발현되는 NPC에서는 SHH 발현이 유도되고 세포수의 증가와 생존율의 증진은 SHH 발현을 유도함으로 매개되는 것을 확인하였다. Mash1과 Ngn2를 형질 도입한 NPC를 성체 쥐의 뇌에 이식한 2주에서 8주 후, Mash1이 과발현되는 세포는, 예상대로, LacZ 대조군과 비교 시, 세포괴의 크기와 세포괴 내의 신경세포의 분화율이 현저히 차이를 보였다. 예상 외로, Ngn2과발현 NPC를 이식한 쥐의 뇌에서도 크기가 큰 세포괴를 관찰하였으며, 또한 신경세포 분화 또한 대조군에 비해 월등히 증가함을 보였다. 이는 Ngn2 과발현한 세포에서는 neurotrophin 3/TrkC의 세포 신호전달계를 통해 분화 시기와 세포의 밀집도에 따라 세포 생존율이 증가하는 것을 보였다. 이들 결과는, 앞으로의 세포이식 실험에 있어 proneural bHLH 유전자 형질도입을 통한 이식의 잠재적 가능성을 보여준 실험이었다.; Neural precursor cells (NPCs) are a representative promising alternative as a source of donor cells for use in cell therapy for neurodegerative disorders such as Parkinson’s disease (PD) and Huntington’s disease. However, transplantation-based therapies have critical limitations that the transplanted NPCs have a poor survive and remain undifferentiated in the host tissues. Mash1 and Neurogenin 2 (Ngn2) are the proneural basic helix-loop-helix (bHLH) transcription factors that are involved in early neurogenesis of developing brain. In this study, we investigated the effects of Mash1 and Ngn2 in neuronal differentiation and survival of NPCs after transplantation of NPCs to rat brains. Transduction of Mash1 or Ngn2 expression strikingly enhanced neuronal differentiation of the cultured NPCs in vitro. Ngn2-transduced NPCs underwent a rapid cell cycle arrest, which is accompanied neuronal differentiation. In contrast, cells continuously expanded upon Mash1 expression during NPC differentiation. Notably, sonic hedgehog (SHH) was induced by Mash1 and mediated the proliferative and survival effects of Mash1 on NPCs. Mash1-expressing NPCs yielded large grafts enriched with neurons compared to control LacZ-transduced NPCs 2~8 weeks later after transplantation into adult rat brains. Interestingly, enhancements in neuronal yield, as well as donor cell survival, were also achieved by transplanting Ngn2-transduced NPCs. We show that a differentiation stage- and cell density-dependent survival effect of Ngn2 involves neurotrophin3/TrkC-mediated signaling. Together, these findings suggest potential benefits of bHLH gene expression in developing successful transplantation strategies for brain disorders.