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BMP-7을 이용한 중간엽 줄기세포로부터 연골의 생성 및 MAP-kinase 경로를 통항 신호전달의 규명

Title
 BMP-7을 이용한 중간엽 줄기세포로부터 연골의 생성 및 MAP-kinase 경로를 통항 신호전달의 규명
Other Titles
 MAP-kinase signal pathway in the chodrocytic differentiation of mesenchymal stem cells by 3-dimensional cul
Issue Date
2004
Publisher
 연세대학교 대학원
Description
의학과/박사
Abstract
[한글] 중간엽 줄기세포(mesenchymal stem cell, MSC)는 연골세포(chondrocytes), 골세포(osteocytes), 지방세포(adipocytes) 및 근육세포(myocytes)등으로 분화할 수 있는 세포로서, in vitro에서 특정 배양조건하에 연골(cartilage), 골(bone), 근육(muscle), 인대(tendon) 및 지방조직(fat tissue)등으로 분화를 유도할 수 있다. 본 연구에서는 골수에서 추출한 사람의 중간엽 줄기세포에 시험관내에서 재조합된 BMP-7을 처리하여 연골세포로의 분화를 유도하고, 이 과정 중 어떠한 신호전달 기전에 의하여 연골세포로의 분화가 유도되는 지를 알아보고자 하였으며 특히 MAP-kinase의 발현을 분석함으로써 그 조절 기전을 파악하고자 하였다. 성인 중간엽 줄기세포의 일차 배양 및 유세포 분석 후, RT-PCR을 이용하여 세포외 기질과 연골세포의 제2형 교원질, 제1형 교원질 및 aggrecan 유전자 발현을 분석하였고, 신호전달물질(ERK, p38, JNK)의 발현 및 활성을 western blot 면역 화학분석법으로 측정하였다. 유세포 분석 결과, 중간엽 줄기세포의 표지자로 알려진 CD105, CD44, CD29에서는 최소 57% 이상에서 염색이 되었고, 음성 표지자로 알려진 CD34, CD45, CD14에서는 평균 4.4%가 염색이 되어 골수에서 Percoll gradient method로 추출한 세포가 중간엽 줄기세포임을 확인하였다. 연골 세포의 표지 유전자인 제2형 교원질이 5일째부터 약하게 발현하기 시작하여 14일까지 발현양이 증가하였으며, aggrecan 역시 분화가 진행됨에 따라 발현이 증가하는 것을 관찰하였다. ERK의 발현양상은 분화되지 않은 중간엽 줄기세포에서는 활성화되지 않다가 BMP-7을 처리한 후 초기에 활성화되었다가 다시 분화 10일째부터 재활성화 되었다. 연골세포 분화 과정동안 P38과 JNK는 ERK와는 달리 활성화 되지 않았으며, 연골 분화유도 과정동안 BMP-7과 U0126을 동시에 처리하여 연골 분화과정동안 ERK의 활성화를 억제하였을 때 연골 세포의 표지 유전자인 제2형 교원질이 발현되지 않으며 연골세포로의 분화가 억제되는 것을 관찰하였다. 결론적으로 BMP-7이 인체 중간엽 줄기세포의 연골로의 분화과정에 있어 ERK pathway를 통하여 조절되며, 특히 제2형 교원질 발현에 중요한 조절인자로 작용하는 것으로 사료된다.
[영문]Mesenchymal stem cells are pluripotential cells that are able to differentiate into osteocyte, adipocyte, myocyte or chondrocyte, depending upon the in vitro culture milieu. This study was undertaken to obtain chondrocytic differentiation of human mesenchymal stem cells using human recombinant BMP-7 and to analyze MAP-kinase expression to elucidate the intracellular mechanism relevant to chondrocytic differentiation. Type I and II collagens, and aggrecan expression was measured by RT-PCR, and western blot immunochemical analysis of ERK, p38, JNK proteins were performed. FACS analysis showed a minimum value of 57 % for CD105, CD44, CD29, known positive markers for mesenchymal stem cells, while 4.4 % was obtained for negative cell markers(CD34, CD45, CD14). Chondrocytic phenotype as expressed by type II collagen increased from day 5 consistently to day 14. Aggrecan expression was also detected towards the later phase of the differentiation. ERK expression, which was not observed in the undifferentiated mesenchymal cells, appeared after BMP-7 treatment and its level increased at day 10 of the culture. However, activation of p38 and JNK proteins were not observed. Treatment with BMP-7 and U0126, an inhibitor of upstream MAP-kinase system, resulted in a rapid drop of ERK activity, leading to stop of type II collagen expression and failure of chondrocytic differentiation. Therefore, ERK seems to play a pivotal role in the intracellular signal pathway related to chondrocytic differentiation of human mesenchymal stem cells by recombinant BMP-7.
URI
http://ir.ymlib.yonsei.ac.kr/handle/22282913/128762
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2. 학위논문 > 1. College of Medicine (의과대학) > 박사
Yonsei Authors
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