바이오인

 SY-Stem 참석 후기

[요약문]

2019년 3월 21일부터 3월 23일까지 오스트리아 빈에 위치한 Vienna BioCenter에서 작년에 이어 올해로 2번째 ‘SY-Stem (Symposium for the next generation of stem cell researchers)’가 개최되었다. Vienna BioCenter에는 IMP (Institute of Molecular Pathology), Institute of Molecular Biotechnology (IMBA), Max F. Perutz Laboratories (MFPL) 등 여러 개의 연구 기관이 상주해 있다. 본 학회에는 약 250명 가량의 연구자들이 참여하여 Pluripotency, differentiation & reprogramming, Germ line & totipotency, Organoids, Adult stem cell, Regeneration & Aging 등 stem cell과 관련한 주제로 최근의 연구에 대한 발표와 논의를 진행하였다.

[목차]

Ⅰ. 주요 발표 내용
  A. 3월 21일 주요 내용
   i. Keynote lecture - New cells in old brains
    ii. Session 1 - Pluripotency, Differentiation & Reprogramming
   B. 3월 22일 주요 내용
   i. Session 2 - Germ Lines & Totipotency
    ii. Session 3 - Organoids
   C. 3월 23일 주요 내용
   i. Session 4 - Adult Stem Cells
    ii. Session 5 - Regeneration & Ageing
    iii. Keynote lecture - From totipotency to pluripotency how the early embryo makes its decisions
Ⅱ. 총평

[내용]

< 이번 학회가 열린 Vienna BioCenter 1 외관 >

Ⅰ. 주요 발표 내용

A. 3월 21일 주요 내용

< 학회 첫날, 학회 시작 전의 모습 >

i. Keynote lecture - Jonas Frisen (Karolinska Institute) New cells in old brains

 Keynote lecture로 Karolinska Institute의 Jonas Frisen이 New cells in old brains라는 주제로 심포지움의 막을 열었다. 성체의 뇌는 새로운 세포를 만들어내지 않을 것이라는 기존의 생각과 달리, 최근 연구들에 따르면 포유류의 hippocampus 혹은 olfactory bulb에서 평생 동안 새로운 뉴런을 만들어내고, 새롭게 생성된 뉴런은 어느 정도의 시간 동안 독특한 neural processing을 거친다. 또 성체 쥐의 뇌에서 새롭게 생성된 oligodendrocyte는 신경 가소성(Neural Plasticity)에 중요한 역할을 한다. Karolinska 연구팀은 성체의 뇌에서 뉴런과 oligodendrocyte가 만들어지는지는 양을 확인하였고 탄소 동위원소를 이용하여 포유류가 진화하면서 cell generation이 어떻게 변화되어 왔으며 또 인간에서는 얼마나 변화되어 왔는지 추적하는 연구를 진행하였다.

본 연구팀은 인간과 쥐 모두 해마에서 평생동안 해마에서 뉴런이 생성되는 반면, 성체의 olfactory bulb에서는 다른 포유류와 달리 인간에서는 neurogenesis가 일어나지 않으며, 대부분의 포유류 성체에서는 뇌의 선조체(striatum)에서 neurogenesis가 거의 일어나지 않는 반면, 인간에서는 interneuron이 지속적으로 생성된다고 발표하였다. 또 헌팅턴 환자의 경우, 성인이 되어 만들어진 striatal neuron은 선택적으로 고갈된다고 주장했다.

한편, 쥐와 달리 성장기가 끝난 인간의 oligodendrocyte는 굉장히 stable하기 때문에 인간과 쥐의 신경 가소성이 다르다고 주장하였다. 결론적으로 같은 포유류라 할지라도 인간과 쥐의 뉴런 생성은 각각 다른 양상을 띤다는 점을 알 수 있었고, 본 연구팀은 인간의 뇌에서 일어나는 여러 질병 메커니즘과 관련하여 연구해보고자 한다고 밝혔다.

ii. Session 1 - Pluripotency, Differentiation & Reprogramming (Chair: Christa Buecker)

첫 번째 세션은 캠브리지 대학의 Thorsten Boroviak의 “How to build a primate: Towards a synthetic model of primate embryogenesis”라는 제목의 발표로 막을 열었다. 포유류의 Preimplantation 발생 동안 zygote는 pluripotent epiblast와 hypoblast, trophoblast로 이루어진 blastocyst를 형성하며, Implantation은 embryo의 reorganization이 일어나는 중요한 과정으로, 쥐의 pluripotent epiblast는 컵 모양의 epithelium과 egg-cylinder를 형성하지만, 영장류의 epiblast는 flat disc를 형성하고 implantation 후에 양막(amnion)으로 분화한다. 또한 영장류는, gastrulation에 앞서 extraembryonic mesenchyme을 만든다는 점과 trophoblast의 발생과 침투면에서 쥐와 상당히 다르다. 인간의 embryo implantation에 관련한 메커니즘은 윤리적인 이유로 연구가 용이하지 않아 명확하게 밝혀져 있지 않으나, Early marmoset 발생은 rhesus macaque와 인간에서 거의 동일하기 때문에 본 연구팀은 marmoset embryo을 이용하여 spatial metHylOme과 Transcriptome profiling (SHOT sequence) 진행함으로써 영장류의 post-implantation의 발생 과정에 대해 연구하고자 하였다.

Laser capture microdissection approach를 이용하여 embryo 각 샘플의 original location을 기록하였고, sample은 single-cell joint profiling을 이용하여 methylome과 transcriptome간의 regulatory association을 분석하였으며. 영장류 배아 발생을 분석하기 위해 SHOT-seq 및 immunofluorescence labelling을 이용하여 digital 3D reconstruction을 진행하였다. 또 Carnegie stage 6 배아에서 amnion, embryonic disc, secondary yolk sac, cytotrophoblast의 preliminary signature를 만들었고, 이를 바탕으로 본 연구팀은 amnion과 embryonic disc specification 연구를 위해 in vitro 모델을 만들고자 하고 있다.

University of Copenhagen의 Joshua Brickman의 “Transcription Factor-Independent Enhancer Decommissioning and Plasticity in Early Differentiation”을 제목으로 연구 내용을 발표하였다. FGF-Erk signaling은 primitive endoderm (PrE)에서 embryonic stem cell의 분화와 pre-implantation에서의 분화를 유도한다. 반면에 Erk를 inhibition시키면 ESC의 self-renewal이 유도된다. Standard ESC 배양에서의 paracrine FGF-Erk 신호전달은 heterogeneity를 유도하면 세포는 pluripotency에서 PrE로 역으로 진행하는데, 여전히 다시 self-renewal하는 능력이 있다.

본 연구팀은 이러한 ESC분화의 역진행 방향 초기 단계에서 일어나는 기전을 알아보기 위해, Erk 활성화를 유도하는 cell intrinsic system을 개발하여 Erk가 pluripotency를 유지하는 전사 인자들을 역으로 억제함으로써 ESC분화를 유도한다는 것을 밝혔다. 그러나 이러한 유전자들의 전사가 억제되어도 전사인자 단백질이 여전히 일정 기간 동안 안정적으로 발현되고 있으며, 전사의 초기 단계에서 Erk-dependent repression에도 불구하고 전사 인자(TF)가 발현될 뿐만 아니라, enhancer에 결합되어 있다고 주장하였다. 본 연구팀은 TF가 enhancer에 영구적으로 부착되어 Erk가 제거되었을 때, pluripotency의 network가 활성화되어 분화 단계의 초기에서 plasticity를 유지할 수 있다고 주장했다.

Institute Pasteur의 Pablo Navarro는 “Mitotic bookmarking by TFs”라는 제목으로 연구내용을 발표하였다. 쥐의 배아 줄기세포는 blastocyst의 inner cell mass에서 유래하며, pluripotent하고 무한정으로 self-renewal할 수 있다. Ex-vivo에서는 pluripotency가 무한하게 분할하는 동안 유지되는 반면, embryo에서는 pluripotency가 일시적으로만 존재한다. 따라서 본 연구팀은 이러한 특별한 상태를 유지하게 하는 메커니즘을 알아보기 위해 mitotic bookmarking이라고 알려진 과정에서 mitosis 동안 특정 전사인자들이 ES cell 발생과 어떤 관련이 있는지 알아보고자 하였다.

IMBA의 Ulrich Elling은 “The Genetics of Cell Identity Change”라는 제목으로 연구 내용을 발표하였다. Cell identity는 핵 치환 기술이나 Yamanaka cocktail과 같은 전사 인자들에 의해 바뀔 수 있다. 현재까지 Lineage를 정의하는 전사인자가 작동하는 메커니즘에 대해 많이 알려져 있지만, lineage를 역으로 진행시키는 전사 인자와 기전에 대해서는 많이 알려져 있지 않다. 본 연구팀은 새롭게 개발한 CRISPR 기술을 적용하여 cell identity conversion의 genetics를 확인하고, Ascl1과 Ngn2 발현에 의해 유도되는 neurogenesis의 경로를 밝히려 한 연구를 소개하였다.

University of Padua의 Marco Pellegrini는 “Direct generation of human naive induced pluripotent stem cells from somatic cells in microfluidics”라는 제목으로 연구 내용을 소개하였다. iPSC (Induced pluripotent stem cell)는 OCT4, SOX2, KLF4와 cMYC의 전사인자를 발현시켜 만들어지는데, murine naive iPSC와 달리 인간 iPSC는 ‘primed pluripotency’라 일컬어지는 조금 더 advanced 한 state에서 만들어진다. 본 연구팀은 genetic manipulation의 과정 대신에, microfluid와 변형시킨 mRNA를 delivery하여 1000개 미만의 primary human somatic cell로부터 직접 human naive iPSC (niPSC)를 만들었다. NANOG와 OSKM를 12일 동안 발현시켜 만든 niPSC는 transgene이 없고, 정상의 핵형을 가지며, transcriptional, epigenetic, metabolic한 측면에서 naive state를 보이며, three germ layer로 분화될 수 있다고 밝혔다. 본 연구팀이 만든 microfluid는 patient specific niPSC를 안정적이면서도 저렴하게 만들 수 있어, 질병 모델링이나 약물 스크리닝, 재생 의학 연구에 적용할 수 있다고 주장했다.

...................(계속)

☞ 자세한 내용은 내용바로가기 또는 첨부파일을 이용하시기 바랍니다.