제주대학교 줄기세포연구센터(센터장 박세필, 이승은 연구교수)와 (주)미래셀바이오(대표이사 김은영)는 이같은 내용의 '단백질 이용 유사줄기세포 생산 및 심근세포로의 분화 기술'을 개발하는데 성공했다고 15일 발표했다.
기존에는 △난자를 사용해 줄기세포를 만들거나 △사람과 동물의 피부 상피세포를 초기상태로 역분화시킨 유도만능줄기세포(iPS cell)로 부터 특정 세포로 분화시키는 방식으로 줄기세포를 만들었다.
연구진이 개발한 기술을 통해 △안전성이 뛰어난 단백질을 이용해 피부 섬유아세포내의 내재적 줄기세포(Putative stem cell)를 단기간에 유사줄기세포로 리프로그래밍하고, 이를 특정 세포인 수축·이완 가능한 심근세포로 분화를 성공함으로써 바이러스 사용으로 우려됐던 암 발생 등의 부작용을 해결할 수 있게 됐다.
이번 연구결과는 '세포 재프로그래밍(Cellular Reprogramming 2017 Apr;19(2):107-115)' 4월호에 'Bone Morphogenetic Protein 4(BMP4)에 의한 마우스 피부 섬유아세포의 내재적 줄기세포를 유사줄기세포로의 리프로그래밍(Intermediate Reprogramming of Mouse Skin Fibroblasts into Stem-Like Cells by Bone Morphogenetic Protein 4)'이라는 제목으로 발표됐다.
BMP4는 배아 발달에 필수적인 신호분자로 뼈, 특히 치아나 팔다리의 발달에 영향을 준다. 또 배아줄기세포와 성체줄기세포의 배양에 이용돼, 줄기세포의 분화를 억제함으로써 자가 증식능력을 증대시키는 효과가 있는 것으로 알려져 있다.
이번 연구에서는 피부 표피로부터 분리된 섬유아세포에 BMP4를 약 24시간동안 처리해 스페로이드(sphere-like organoid body)를 형성시킨 결과, 이 세포는 배아줄기세포와 유사한 삼배엽성 특성을 갖는 유사줄기세포로 변했고, 줄기세포 관련 유전자인 Oct4 및 Alkaline phosphatase(AP) 등을 발현했다.
연구진은 이와 같이 생성된 유사줄기세포의 심근세포로의 분화능을 확인하기 위해 약 10일간 심근세포 분화 배양액에 스페로이드 형태의 세포를 배양접시에 부착시켜 심근세포로 유도했을 때, 심장 중배엽 표지 유전자인 Nkx2와 Connexin40과 심근세포 표지인자인 TnT의 mRNA 발현을 나타내었으며, 이들 분화세포는 수축성의 세포괴를 보여주여 성공적으로 분화됨을 확인했다.
기존에 잘 알려진 △유도만능줄기세포(iPS cell) 생산 방법인 바이러스 감염 방법을 이용해 iPS를 생산하고 심근세포를 획득하는 데에는 총 37일이 소요되고 △비 바이러스성 iPS 유도 방법인 liposomal magnetofection 방법(자성을 갖는 작은 지방구에 리프로그래밍 관련 유전자를 넣고 체세포로의 도입을 유도하는 방법)을 이용하는 경우 심근세포를 획득하기 까지 32일이 소요됐으며 △최신 연구 방법인 direct conversion은 체세포에서 미분화 상태를 거치지 않고 바로 심근세포를 얻는데 24일이 소요됐다.
반면 연구팀의 방법을 이용하면 피부체세포에서 심근세포로 분화되는데 가장 빠른 21일이 소요되는 가장 간편하며 안정적인 것으로 평가됐다.
박세필 줄기세포연구센터장은 "단백질(BMP4)를 이용해 분화능이 제한적인 피부 섬유아세포에서 기인하는 내재적 줄기세포를 유사줄기세포로 리프로그래밍해 심근세포로 분화를 유도한 이번 연구는 향후 기타 장기세포로도 분화유도 가능성을 지녀 이 방법을 이용하면 간편하고 안전하게 다양한 세포치료제 개발의 대안적인 접근 기술이 될 수 있어 막대한 부가가치를 창출할 수 있을 것으로 기대된다"고 밝혔다.
한편 이번 연구는 농림축산식품부 '우장춘프로젝트' 과제인 '알츠하이머 질환모델 돼지개발과 후성유전체 연구'(연구책임자 제주대 박세필 교수, 연구수행 2012년 5월~ 2017년 5월)의 일환으로 수행됐다.<헤드라인제주>
