성체 간엽 줄기세포가 표피의 재생에 미치는 영향

Abstract

최근 조직 재생 공학에서 줄기세포를 많이 이용하고 있다. 그 중 성체 간엽 줄기세포는 몸의 다양한 조직에서 분리가 가능하며 윤리적인 제약 조건이 적어 창상 치유, 피부 노화의 분야에서 이들 세포에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 본 연구에서는 창상 후 발생하는 표피 재생 과정에서 이들 줄기세포가 갖는 진피-표피 상호작용을 3차원 인공피부를 배양하여 모델링하고, 줄기세포가 관여하는 표피 재생 과정에서 중요한 역할을 하는 단백질에 대해 알아보고자 연구를 시행하였다. 성체 간엽 줄기세포의 표피 재생 효과를 알아보기 위해 세 가지 다른 종류의 세포 (섬유모세포, 지방 줄기세포, 골수 간엽 줄기세포)로 3차원 인공피부 모델을 구현하였다. 각각의 진피 구성 세포에서 배양된 인공피부에서 나타나는 기저 세포의 증식 정도, 기저막의 형태, 그리고 표피와 기저막의 두께 등을 비교하였고, 표피 증식 관련 단백, 표피 분화 관련 단백, 기저막 발현 단백, 그리고 피부 창상 관련 단백 등 다양한 단백질에 대해 면역형광염색을 시행하였다. 또한 세 종류의 진피 구성 세포의 유전자 발현을 high-throughput mRNA sequencing으로 분석하였고, 발현양의 차이를 보이는 유전자와 관련된 단백질을 직접 비교하기 위해 추가적인 면역형광염색을 시행하고 육안 평가 및 이미지 분석을 하였다. 성체 줄기세포를 이용하여 배양한 인공피부는 섬유모세포 기반의 인공피부와 비교할 때, 표피의 구조 및 기저층 세포의 형태 면에서 정상 피부와 더 유사한 양상을 보였다. 면역형광염색 결과에서도 표피증식 관련 단백인 PCNA (proliferating cell nuclear antigen) 또는 p63이 줄기세포 기반의 인공피부에서 더 강하게 발현하였고, 기저막 구성 단백질인 integrin 역시 더 강하게 발현하였다. 이는 성체 줄기세포에서 증가되어 있는 EGF-like domain 클러스터에서 발현되는 단백질과 성체 줄기세포가 가지는 항산화 효과 때문인 것으로 생각된다. 표피에서 주로 발현하는 창상 관련 단백인 galectin-7은 성체 줄기세포를 기반으로 만든 인공피부의 표피에서 더 강하게 발현하였고 이는 기존에 보고한 연구 결과와 유사하였다. Activin A는 high-throughput mRNA sequencing 분석 결과, 섬유모세포에 비해 성체 줄기세포에서 유의하게 많이 발현했고, 면역형광염색에서도 표피와 진피에서 유의하게 많이 발현됨을 확인한 단백질이다. 본 단백질은 근거리 분비 효과 (paracrine effect)로 각질형성세포에 영향을 주어 더 많은 activin A를 발현하도록 하고 완성도가 더 높은 인공피부를 만드는데 기여하며, 각질형성세포가 만드는 activin A는 다시 진피에 영향을 주어, 진피-표피의 상호작용의 선순환을 연결하는 중요한 매개 단백질로 추정된다.