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Differentiation induction of iPS cell that are generated from fibroblast by treatment with ES cell protein to cardiovascular cell : 배아줄기세포 단백질을 처리한 섬유아세포로부터 만들어진 만능줄기세포의 심혈관세포로의 분화 유도

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의과대학 의학과
Issue Date
서울대학교 대학원
ReprogrammingES cellProteinCardiovascular cellDifferentiation
학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 의학과 분자유전체의학 전공, 2012. 8. 오세일.
서론: 체세포로부터 만능줄기세포의 재프로그래밍은 재생 의료에 새로운 시대를 열었다. 바이러스성 형질 도입이 성공적으로 마우스와 인간의 체세포에서 만능성을 달성하였지만, 유도된 만능 줄기세포의 생성 과정에서 특정 인자의 유전적 통합은 돌연변이 유발 또는 종양형성을 일으킬 수 있기 때문에 세포 치료를 위한 적용에는 한계가 있다.

방법 및 결과 : 마우스 배아줄기세포 단백질을 세포로의 전달에 의한 방법을 이용하여 유전자의 도입 없이도 만능성 상태로의 재프로그래밍화를 유도하였다. 가역적 투과성을 이용한 배아줄기세포 단백질의 전달은 체세포에서 만능성 관련 전사인자의 활성화를 일으켰다. 이러한 단백질 유래-만능줄기세포는 마우스의 배아줄기세포와 모양적으로 비슷하였고, 분자적으로도 글로벌 유전자 발현의 패턴이 매우 유사하였다. 단백질 유래-만능줄기세포는 생물학적, 기능적으로도 배아줄기세포와 유사했고 체외에서 3배아층으로 분화되었다. 더욱이, 단백질 유래-만능줄기세포는 생체내 분화 (테라토마 형성)와 발생 능력 (키메라 마우스 생성과 4배체 보완실험) 또한 갖고 있음을 확인하였다. 다음으로, 이러한 단백질 유래-만능줄기세포를 이용하여 심혈관세포로의 분화 능력을 확인하였다. 본 연구에서는, 특정 사이토카인의 조합으로 심혈관 전구 세포를 나타내는 Flk1 과PDGFRa 양성 세포로의 분화를 확인하였다.

결론: 본 연구를 통하여 체세포의 재프로그램화를 통한 안전한 전략은 환자 맞춤 세포 치료에 대한 가능성을 제시하였다.
Background: Reprogramming of somatic cells into pluripotent stem cells have opened the new-era in regenerative medicine. Viral transduction of defined factors successfully achieved pluripotency from mouse and human somatic cells. However, in the generation process of induced pluripotent stem (iPS) cells, genetic integration of certain factors may cause mutagenesis or tumorigenicity, which hampers further application for cell therapy.

Methods and Results: We investigated that the transient cellular delivery of mouse ES cell-derived proteins enables reprogramming up to the pluripotent state without the forced expression of ectopic transgenes. We found that the transient delivery of ES cell-derived proteins using reversible permeabilization can activate endogenous transcription factors related pluripotency in somatic cells. These protein-iPS cells were morphologically indistinguishable from the authentic ES cells. Molecular biologically, the patterns of global gene expression were very similar to those of protein donor ES cells. Protein-iPS cells were biologically and functionally very similar to ES cells and differentiated into 3-germ layers in vitro. Furthermore, protein-iPS cells possessed in vivo differentiation (well-differentiated teratoma formation) and development (chimeric mice generation and a tetraploid blastocyst complementation) potentials. Next, we examined that protein-iPS cells have differentiation potential toward cardiovascular cells. In the present study, we showed that after stimulation with combinations of cytokine, protein-iPSC-derived embryoid body generates a Flk-1(+)/PDGFR-α(+) population that displays cardiovascular progenitor cell.

Conclusions: Our results provide an alternative and safe strategy for reprogramming of adult somatic cells and may facilitate tailored- or patient-specific pluripotent stem cell-derived cell therapy.
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