배경: )는 재생의학과 농업 생명공학에서 주목할 만한 진전을 나타낸다. 그러나 저도출 효율, 전사체(transcriptomic) 특징에 대한 제한된 이해, 그리고 공급자(feeder) 없이 배양 가능한지의 타당성이 불명확하다는 등의 과제가 남아 있다. 본 연구는 변형된 배양 시스템을 사용하여 단위 배양 조건에서 난자활성화에 의한 배반포, 시험관 내 수정, 체세포 핵이식(SCNT)에서 유래한 배반포를 통해 pEPSCs를 생성하고자 하였다. 방법: 효율이 약 14%인 최적화된 배양 시스템으로 배양한 계대(line)들을 사용하였다. 결과: Hippo 신호전달 경로의 활성화가 풍부함을 시사하는 광범위한 분화 능력, 배반포와 유사한 구조 형성 능력, 그리고 영양막(trophoblast) 계통 세포로의 분화 가능성을 지녔다. 결론: 2× Matrigel 코팅 시스템과 결합된 본 변형 배양 배지는 공급자 의존성 없는 배양 조건으로의 전환을 촉진하였다. 이러한 결과는 다능성(pluripotency)과 분화 잠재력을 유지하면서 공급자 없는 배양 시스템을 확립하는 데 도움이 될 것이다.

배경: 유전자 조작 돼지는 인간 질환을 연구하기 위한 이상적인 모델로 간주되며, 이종이식(xenotransplantation) 연구의 잠재적 원천이기도 하다. 그러나 이러한 복제 돼지 모델을 생성하는 데 사용되는 체세포 핵이식(somatic cell nuclear transfer, SCNT) 기법은 효율이 낮고, 태반 이상으로 인해 태아 발달이 제한된다. 결과: 부착(apposition), 스테로이드 호르몬 생합성, 혈관형성(angiopoiesis), 그리고 RNA 안정성 관련 유전자들의 mRNA 발현이 감소하는 등의 특성이 나타났다. 결론: 본 연구는 복제 돼지에서 영양막(trophoblast) 및 태반의 비정상적 발달과 기능장애를 연구하기 위한 유용한 정보와 강력한 모델을 제공한다.

3차원 배양 기술의 발전은 다양한 줄기세포 유형의 공동배양을 통해 블라스토이드(blastoids)와 같은 합성 배아 모델의 개발을 촉진해 왔다. 이러한 시험관 내(in vitro) 모델은 위분화(gastrulation), 신경관 형성(neurulation), 계통(라인리지) 지정(lineage specification) 등 발달 과정의 정밀한 조사를 가능하게 하여 초기 발생(early embryogenesis)에 대한 이해를 진전시킨다. 또한 조절 가능하고 윤리적으로 실행 가능한 플랫폼을 제공함으로써 생체 내(in vivo) 포유류 배아 연구의 한계를 우회할 수 있으며, 재생의학 전략 개발에 기여한다. 그럼에도 불구하고 특히 인간 적용과 관련된 윤리적 과제는 여전히 남아 있다. 쥐, 인간, 비인간 영장류, 그리고 돼지와 소와 같은 우제류(ungulates)에 이르기까지 다양한 종을 대상으로 한 비교 연구는 종 특이적 기전과 보존된 발달 기전을 모두 이해하는 데 중요한 통찰을 제공한다. 본 총설에서는 배아 발달에서의 종 특이적 차이를 개괄하고, 줄기세포 및 합성 배아 모델에서의 최근 발전을 논의한다. 구체적으로는 돼지와 소와 같은 우제류를 대상으로 한 최신 줄기세포 연구에 초점을 맞추고, 합성 배아 기술의 개선 사항을 포괄적으로 정리한다. 이러한 통찰은 종 특이적 발달 생물학에 대한 이해를 높이고, 모델의 효율을 향상시키며, 새로운 모델 개발을 안내하는 데 기여한다.

운동신경근 질환(Neuromuscular diseases, NMDs)은 말초 운동뉴런, 골격근, 신경근 접합부를 포함하는 신경근 조직 구성요소의 손상 또는 기능장애를 수반하는, 유전적 또는 임상적으로 이질적인 질환의 한 집단이다. NMD를 연구하고 잠재적 치료법을 개발하기 위해서는, 3차원(3D) 인간 신경근 조직의 복잡한 물리적·생화학적 미세환경을 재현하기 위한 공학적 접근을 활용하여 체외(in vitro) 신경근 모델을 생성하는 데 있어 괄목할 만한 진전이 이루어졌다. 본 총설에서는 인간 운동뉴런과 골격근의 체외 공동배양(co-culture) 모델 개발에 초점을 둔 최근 연구들을 논의하되, 각 접근법의 장단점을 함께 고찰한다. 또한 아미오트로픽 측삭경화증(amyotrophic lateral sclerosis)과 근이영양증(muscular dystrophy)을 포함한 특정 NMD의 일부 양상을 어떻게 신경근 체외 모델이 재현하는지 설명한다. 신경근 오가노이드(neuromuscular organoids, NMO)에 관한 연구는 생체 내(in vivo) 조직을 더 잘 모사하기 위해 지속적으로 함께 발전할 것이며, 신경근 조직의 발달, NMD 작용의 기전, 약물 스크리닝 및 독성 시험을 포함하는 전임상 연구에 적용 가능한 도구들에 대한 더 나은 이해를 제공할 것이다.

, 인두 SC의 한 부분집합은 활성화된 SC의 특징을 보이는데, 여기에는 큰 세포 크기와 미토콘드리아 함량의 증가가 포함된다. 본 연구에서 우리는 인두 근육이 마우스와 인간에서 SC를 활성화하는 것으로 알려진 활성 간세포 성장인자(hepatocyte growth factor, HGF)를 높은 수준으로 포함하고 있음을 발견하였다. 또한 섬유지방성 전구세포(fibroadipogenic progenitors, FAPs)가 HGF를 제공하는 주요 세포 유형이며, 따라서 인두 근육에서 SC의 기저 증식을 담당한다는 사실을 확인하였다. 마지막으로, 인두 근육의 기능과 유지에 있어 FAPs의 결정적 역할을 입증하였다. 본 연구는 인두 근육의 독특한 SC 활성 양상을 설명하기 위한 새로운 통찰을 제공한다.

알파-멜라노사이트 자극 호르몬(α-MSH)은 멜라닌 형성을 자극하는 호르몬으로, 자외선(UV)으로부터 피부를 보호하는 역할을 한다. 그러나 멜라닌이 과도하게 생성되면 색소침착이 유발되어 멜라스마와 주근깨와 같은 피부 질환으로 이어질 수 있다. 파지 디스플레이(phage display) 기술을 사용하여 변형 대구박쥐(frogfish) VLRB(α-MSH 표적 결합 폴리펩타이드) 라이브러리를 스크리닝하여 α-MSH를 인식하는 폴리펩타이드를 선별하였다. 이는 E. coli에서 발현시켜 α-MSH에 특이적으로 결합하는 결합 단백질을 생산하였다. 본 연구에서는 α-MSH 결합 단백질이 α-MSH로 자극한 B16F10 세포에서 멜라닌 생성(melanogenesis) 억제에 미치는 영향과 억제 기전을 조사하였다. α-MSH에 의해 유도된 세포 내 및 세포 외 멜라닌 생성의 억제는 TRP1 및 TRP2의 하향 조절과 함께 나타났으며, 티로시나아제(tyrosinase)와 MITF와 같은 멜라닌 생성 관련 단백질이 유의하게 하향 조절되었다. 이러한 결과는 α-MSH 결합 폴리펩타이드가 멜라닌 생성 억제 및 그와 연관된 기전을 조절함을 시사한다.

이식 전, 신경 전구세포(neural progenitor cells, NPCs)에 대한 안전성과 효능의 전임상 연구가 필요하다. 따라서 돼지와 같은 대형 동물 모델에서 신경세포 분화를 위한 효율적인 in vitro 플랫폼을 구축하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 돼지 유도만능줄기세포(porcine-induced pluripotent stem cells, iPSCs)를 고세포 밀도로 신경 유도 배지에 파종하였으며, 이 배지는 이중 Sma- 및 Mad 관련 단백질(SMAD) 억제제(dual Sma- and Mad-related protein, SMAD inhibitors)로서 TGF-β 억제제와 BMP4 억제제를 포함하였다. dSMADi에서 유래한 NPCs는 PLAG1, NESTIN 및 VIMENTIN과 같은 NPC 표지자를 나타냈고, 대조군에 비해 Sox1의 mRNA 발현이 더 높았다. HOXB4의 mRNA 발현은 레티노산(retinoic acid) 처리군에서 유의하게 증가하는 것으로 확인되었다. in vitro에서 증식한 NPCs는 신경세포 및 교세포로의 추가 분화가 가능한 신경구(neurospheres)를 생성하였다. 상해 관련 사이토카인을 포함하는 glioblastoma 배양액을 이용하여 처리한 돼지 iPSC-NPCs는 in vitro에서 잘 생존하였고, 표준 대조 배양액에 비해 더 높은 수준의 신경세포 표지자 발현을 보였다. 종합적으로, 본 연구는 돼지 iPSCs를 NPCs로의 신경 계통 특이적 분화(neural commitment) 생산하기 위한 효율적인 방법을 개발하였다.

배경: 안정적인 돼지 배아줄기세포(pESC) 확립은 비교 발달생물학을 포함한 기초 및 생의학 연구, 그리고 줄기세포 기반 치료의 안전성을 평가하는 데 기여할 수 있다. 그러나 이러한 장점에도 불구하고, 시험관 내에서 유래한 대부분의 pESC는 복잡한 배지와 feeder layer(공급세포층)를 필요로 하여 일상적 사용, 유전적 변형, 그리고 특정 세포 유형으로의 분화가 어렵다. 본 연구에서는 단일 세포 통과(single cell-passage) 능력, 높은 증식 잠재력, 그리고 단순화된 무혈청 배지를 사용하여 시험관 내 유래 blastocyst로부터 장기 배양에서도 안정적인 pESC를 확립하고자 하였다. 방법: 다양한 기초 배지(DMEM/F10(1:1), DMEM/F12, a-MEM)와 인자(FGF2, IWR-1, CHIR99021, WH-4-023)를 이용하여 시험관 내 blastocyst로부터 pESC 확립 효율을 평가하였다. 확립된 pESC의 만능성(pluripotency)과 자가유지(self-renewal) 능력은 feeder 또는 feeder-free 조건에서 분석하였다. 궁극적으로, 무혈청 조건에서 FGF2, IWR-1, WH-4-023로 구성된 단순화 배양 배지(FIW)를 개발하였다. 결과: pESC-FIW 계통은 단일 세포로의 통과가 가능하였고, 짧은 세포 이중화 시간(cell doubling time)을 보였으며, 만능성 표지자인 POU5F1, SOX2, NANOG뿐 아니라 세포 표면 표지자인 SSEA1, SSEA4, TRA-1-60을 발현하였다. pESC-FIW는 50번 계대(passage) 이후에도 안정적인 증식 속도와 정상 핵형(karyotype)을 보였다. 전사체(transcriptome) 분석 결과, pESC-FIW는 복잡한 배지에서 유지된 것으로 보고된 pESC와 유사했으며, 위음성(가스트룰레이션, gastrulation) 단계의 상피(epiblast) 세포 특성을 보였다. pESC-FIW는 feeder-free 조건에서 섬유소연(fibronectin) 코팅 플레이트 상에서 mTeSR™을 이용해 다수의 계대 동안 유지되었으며, feeder 조건에서 관찰된 것과 유사한 특성을 나타냈다. 결론: 이러한 결과는 WNT 및 SRC의 억제가 무혈청 조건에서 단일 세포 통과가 가능하고 feeder-free로 증식이 가능한 pESC를 확립하는 데 충분함을 시사하였다. pESC의 용이한 유지는 농업 및 생의학 분야에서 유전자 편집 기술, 그리고 계통분화(lineage commitment) 연구에의 적용을 촉진할 수 있다.

sp. 및 그 다른 형태인 prunetin은 항암 연구에서 유망한 결과를 보였다. 이에 본 연구는 간암 Hep3B 세포에서 prunetrin의 항암 능력을 규명하고자 하였다. 세포독성 결과는 PUR가 세포 생존율을 감소시킬 수 있음을 보여주었다. 콜로니 형성 분석은 이를 강하게 확인하며 세포독성 결과와 상관관계를 보였다. Prunetrin은 농도의존적으로 G2/M기에서 세포주기를 정지시키고, Cyclin B1, CDK1/CDC2, CDC25c와 같은 cyclin 단백질의 발현을 감소시켰다. 또한 prunetrin 처치는 PARP와 caspase-3라는 두 가지 중요한 아포토시스 표지 단백질의 강한 절단을 유도하였다. 아울러 절단된 caspase-9의 발현 증가와 pro-apoptotic 단백질인 Bak의 수준 증가를 통해 미토콘드리아 경로를 통해 아포토시스가 발생함을 확인하였다. Bak은 항아포토시스 단백질인 Bcl-xL의 발현이 감소함에 따라 유의하게 증가하였다. 다음으로, mTOR/AKT 신호전달 경로를 억제하여 prunetrin이 이러한 경로를 억제함으로써 아포토시스와 세포 생존율 감소를 유발함을 입증하였다. 더 나아가 p38-MAPK의 활성화가 농도의존적으로 관찰되었다. 종합하면, prunetrin은 p38을 통한 세포주기 정지 및 mTOR/AKT의 억제를 통해 Hep3B 간암 세포에서 항암 능력을 가진다는 근거를 제공한다.

배경: )는 재생의학과 농업 생명공학에서 주목할 만한 진전을 나타낸다. 그러나 저도출 효율, 전사체(transcriptomic) 특징에 대한 제한된 이해, 그리고 공급자(feeder) 없이 배양 가능한지의 타당성이 불명확하다는 등의 과제가 남아 있다. 본 연구는 변형된 배양 시스템을 사용하여 단위 배양 조건에서 난자활성화에 의한 배반포, 시험관 내 수정, 체세포 핵이식(SCNT)에서 유래한 배반포를 통해 pEPSCs를 생성하고자 하였다. 방법: 효율이 약 14%인 최적화된 배양 시스템으로 배양한 계대(line)들을 사용하였다. 결과: Hippo 신호전달 경로의 활성화가 풍부함을 시사하는 광범위한 분화 능력, 배반포와 유사한 구조 형성 능력, 그리고 영양막(trophoblast) 계통 세포로의 분화 가능성을 지녔다. 결론: 2× Matrigel 코팅 시스템과 결합된 본 변형 배양 배지는 공급자 의존성 없는 배양 조건으로의 전환을 촉진하였다. 이러한 결과는 다능성(pluripotency)과 분화 잠재력을 유지하면서 공급자 없는 배양 시스템을 확립하는 데 도움이 될 것이다.

배경: 유전자 조작 돼지는 인간 질환을 연구하기 위한 이상적인 모델로 간주되며, 이종이식(xenotransplantation) 연구의 잠재적 원천이기도 하다. 그러나 이러한 복제 돼지 모델을 생성하는 데 사용되는 체세포 핵이식(somatic cell nuclear transfer, SCNT) 기법은 효율이 낮고, 태반 이상으로 인해 태아 발달이 제한된다. 결과: 부착(apposition), 스테로이드 호르몬 생합성, 혈관형성(angiopoiesis), 그리고 RNA 안정성 관련 유전자들의 mRNA 발현이 감소하는 등의 특성이 나타났다. 결론: 본 연구는 복제 돼지에서 영양막(trophoblast) 및 태반의 비정상적 발달과 기능장애를 연구하기 위한 유용한 정보와 강력한 모델을 제공한다.

3차원 배양 기술의 발전은 다양한 줄기세포 유형의 공동배양을 통해 블라스토이드(blastoids)와 같은 합성 배아 모델의 개발을 촉진해 왔다. 이러한 시험관 내(in vitro) 모델은 위분화(gastrulation), 신경관 형성(neurulation), 계통(라인리지) 지정(lineage specification) 등 발달 과정의 정밀한 조사를 가능하게 하여 초기 발생(early embryogenesis)에 대한 이해를 진전시킨다. 또한 조절 가능하고 윤리적으로 실행 가능한 플랫폼을 제공함으로써 생체 내(in vivo) 포유류 배아 연구의 한계를 우회할 수 있으며, 재생의학 전략 개발에 기여한다. 그럼에도 불구하고 특히 인간 적용과 관련된 윤리적 과제는 여전히 남아 있다. 쥐, 인간, 비인간 영장류, 그리고 돼지와 소와 같은 우제류(ungulates)에 이르기까지 다양한 종을 대상으로 한 비교 연구는 종 특이적 기전과 보존된 발달 기전을 모두 이해하는 데 중요한 통찰을 제공한다. 본 총설에서는 배아 발달에서의 종 특이적 차이를 개괄하고, 줄기세포 및 합성 배아 모델에서의 최근 발전을 논의한다. 구체적으로는 돼지와 소와 같은 우제류를 대상으로 한 최신 줄기세포 연구에 초점을 맞추고, 합성 배아 기술의 개선 사항을 포괄적으로 정리한다. 이러한 통찰은 종 특이적 발달 생물학에 대한 이해를 높이고, 모델의 효율을 향상시키며, 새로운 모델 개발을 안내하는 데 기여한다.

운동신경근 질환(Neuromuscular diseases, NMDs)은 말초 운동뉴런, 골격근, 신경근 접합부를 포함하는 신경근 조직 구성요소의 손상 또는 기능장애를 수반하는, 유전적 또는 임상적으로 이질적인 질환의 한 집단이다. NMD를 연구하고 잠재적 치료법을 개발하기 위해서는, 3차원(3D) 인간 신경근 조직의 복잡한 물리적·생화학적 미세환경을 재현하기 위한 공학적 접근을 활용하여 체외(in vitro) 신경근 모델을 생성하는 데 있어 괄목할 만한 진전이 이루어졌다. 본 총설에서는 인간 운동뉴런과 골격근의 체외 공동배양(co-culture) 모델 개발에 초점을 둔 최근 연구들을 논의하되, 각 접근법의 장단점을 함께 고찰한다. 또한 아미오트로픽 측삭경화증(amyotrophic lateral sclerosis)과 근이영양증(muscular dystrophy)을 포함한 특정 NMD의 일부 양상을 어떻게 신경근 체외 모델이 재현하는지 설명한다. 신경근 오가노이드(neuromuscular organoids, NMO)에 관한 연구는 생체 내(in vivo) 조직을 더 잘 모사하기 위해 지속적으로 함께 발전할 것이며, 신경근 조직의 발달, NMD 작용의 기전, 약물 스크리닝 및 독성 시험을 포함하는 전임상 연구에 적용 가능한 도구들에 대한 더 나은 이해를 제공할 것이다.