중간엽 줄기세포로부터 연골세포의 분화시 세포신호전달기전의 탐색

Abstract

[한글]

재생력이 풍부한 중간엽 줄기세포의 이용은 생물학적 복원이 파괴된 연골을 재생하는데 가장 효과적인 치료방법으로서, 최근 분화 기법 및 기전에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나, 인간의 중간엽 줄기세포로부터 연골세포의 분화시 관여하는 세포신호전달기전 및 전체 단백질 분석에 관한 연구가 부족한 상태이다.

본 연구는 성인 골수로부터 분리한 중간엽 줄기세포로부터 연골세포 분화 조건 과 TGF-β3에 의한 MAPK 신호전달체계 및 STAT 단백질의 발현을 통한 세포신호전달기전과 프로테오믹스를 이용한 단백질 발현 관찰을 통해 분화과정 중 변화되는 단백질을 알아보고자 하였다.

연골세포의 분화능은 계대 배양기간이 짧을수록 분화능이 높게 나타났으며, 동일한 성인으로부터 분리한 클론 마다 연골 분화능에 차이를 보임으로써, single cell cloning을 통해 높은 효율을 보이는 세포를 선택적으로 분리해야 할 필요성을 보여주었다. MAPK 신호전달기전 중 ERK1/2만이 활성화 되었으며, ERK1/2의 억제는 제 2형 교원질 유전자 발현을 억제함으로써 연골세포의 분화를 억제하였으나, aggrecan의 유전자 발현에는 영향을 미치지 않았다. 반면, STAT 단백질 발현은 초기에 일시적으로 증가하나, 분화 14일까지 지속적으로 감소하였다. 프로테오믹스를 통한 단백질 분석에서 MMP13 등의 증가는 분화의 시기를 의미하는 단백질로서, 분화시기를 결정하는 중요한 지표가 될 것으로 사료되며, actin 등의 감소는 세포골격의 파괴로 인한 연골세포의 고유 세포 모양을 유지시킴으로써 연골 분화를 촉진시켜주는 것으로 사료된다.

[영문]It has been studied that the use of multi-potential mesenchymal stem cell is one of best biological method to treat cartilage defect that has limited capacity for repair. Currently, there are many reports about differentiation into several cell types from mesenchymal stem cell and the related signaling mechanisms. However, there are few studies about intracellular signaling pathways, and protein profile changes in chondrogenesis of humen mesenchymal stem cell. The purposes of this study are to evaluate optimal condition for differentiation, signal pathways especially MAPK and STAT pathways, and identify of proteins differentially expressed during chondrogenesis of human mesenchymal stem cell by TGF-b3

The optimal condition for differentiation potential and purifying of mesenchymal stem cell were short times subculture and to select good clone with single cell cloning culture method.

ERK1/2 was activated strongly during chondrogenesis and MEK inhibition resulted in complete down-regulation of type II collagen. In contrast, aggrecan expression was detected in same level. The STATs were transiently expressed at early stage of differentiation and down regulated upto 14 days of differentiation. The main protein profiles changes by proteomic method were increase of MMP13 that could be indicator for differentiation period, and decrease of actin, suggesting change of cell morphology to round shape might stimulate chondrogenesis.