조직 재구성은 외상, 수술적 절제, 또는 선천성 이상으로 인해 영향을 받는 환자에서 형태와 기능을 회복하는 데 필수적이다. 실리콘 임플란트와 자가 지방 이식과 같은 생물학적 방법을 포함한 이식 기반 기술이 널리 사용되고 있음에도 불구하고, 면역 반응, 섬유화, 괴사 등을 포함한 합병증은 여전히 해결되지 않았다. 무세포 진피 기질(acellular dermal matrix, ADM)은 탈세포화된 사람 피부 조직에서 유래하며, 면역원성 성분을 제거하는 동시에 세포외 기질과 성장인자를 유지한다. 새 혈관 형성인 혈관신생(angiogenesis)은 영양분 전달을 보장하고 조직 형성을 지지하며 임플란트 관련 합병증을 감소시키므로 조직 재구성에 결정적으로 중요하다. 본 연구는 초임계 이산화탄소를 이용한 탈세포화로 제조된 미세화 ADM(micronized ADM, mADM)의 혈관신생 잠재력을 생체 내(in vivo) 및 시험관 내(in vitro)에서 조사하고, 그 기저 분자 기전을 규명하고자 하였다. 사람 제대정맥 내피세포(HUVECs)와 마우스 모델을 사용하여 분자 및 기능 분석을 통해 mADM이 혈관신생에 미치는 조절 효과를 평가하였다. mADM 처리된 HUVEC에서는 혈관신생 관련 유전자의 상향조절과 단백질 키나제 B 및 세포외 신호 조절 키나아제 경로의 활성화가 나타났으며, 이는 내피세포의 증식과 이동을 촉진하였다. 또한 mADM은 혈관 내피 성장인자 수용체 2(vascular endothelial growth factor receptor 2, VEGFR2) 신호전달을 자극하여 혈관신생 활성을 촉진하였다. 생체 내에서는 mADM 주사로 인해 재료의 지속적 잔류가 유도되었고 CD31 면역염색으로 확인되는 신생혈관화가 유발되었다. 이러한 결과는 mADM이 특정 분자 경로를 통해 혈관신생을 지지함을 보여주며, 조직 재구성을 개선하고 기존 접근의 한계를 해결하기 위한 유망한 생체활성 소재를 제공한다.

Syntenin은 PSD-95, Dlg 및 ZO-1(PDZ) 두 개의 도메인을 통해 어댑터 및 스캐폴드 단백질로 기능하며, 여러 신호전달 경로에 관여하고 세포 생리학을 조절한다. Syntenin은 종양유전자로 확인되어 다양한 암종에서 암의 발생, 전이 및 혈관형성을 촉진한다. Syntenin-1은 또한 단백질, 지질, 핵산과 같은 생물활성 물질을 포함하여 세포 간 의사소통에서 중요한 역할을 하는 작은 세포외 소포인 엑소좀의 생성 및 방출과 연관되어 있다. 엑소좀의 수송은 여러 조절 단백질의 복잡한 상호작용을 포함하며, 그중 Syntenin-1은 결합 파트너인 syndecan 및 활성화된 백혈구 세포 부착 분자(activated leukocyte cell adhesion molecule, ALIX)와 상호작용한다. 핵심 화물인 마이크로RNA의 엑소좀 전달은 Syntenin-1을 포함하여 다양한 암 관련 유전자의 발현을 조절할 수 있다. Syntenin-1과 마이크로RNA에 의해 엑소좀이 조절되는 기전을 표적화하는 것은 암에 대한 새로운 치료 전략을 제공할 수 있다. 본 종설은 엑소좀 수송 조절에서 Syntenin-1의 역할과 이에 연관된 세포 신호전달 경로에 대한 현재의 이해를 요약한다.

TLR4는 막관통 수용체로, 선천면역 반응에서 핵심적인 역할을 한다. TLR4는 세포막 표면에서 외인성 리간드와 결합할 뿐만 아니라, 세포내 리간드와도 상호작용하여 복잡한 세포내 신호전달 연쇄반응을 개시한다. 어댑터 단백질인 MyD88을 통해 TLR4는 전사인자 NF-κB 및 AP-1을 활성화함으로써 전염증성 사이토카인의 상향 조절을 촉진한다. 또한 TLR4와 연관된 또 다른 어댑터 단백질인 TRIF는 독립적으로 신호전달 경로를 전파하여 인터페론 발현을 증가시킨다. 최근 TLR4는 노화 관련 질환에서 증상 조절의 중요한 인자로서 주목받고 있다. TLR4에 의해 유발되는 지속적인 염증 반응은 이러한 질환의 발병 및 악화에 기여한다. 더불어 TLR4 발현 수준의 변화는 노화 관련 질환의 양상을 조절하는 데 중추적인 역할을 한다. 본 총설에서는 세포 노화와 노화 관련 질환에 대한 TLR4의 영향을 정리하고, 면역 반응을 넘어서는 새로운 치료 표적으로서의 TLR4의 가능성을 강조하고자 한다.

혈관의 내강을 따라 내피세포(ECs)는 혈관 기능을 조절하는 데 필수적인 역할을 한다. 다기능성 혈관 구조 구성요소로서, 다능성 줄기세포(PSCs)는 다양한 혈관 질환에서 잠재적 치료적 응용을 위한 유망한 공급원이다. 우리 연구실은 이전에 돼지 에피블라스트 줄기세포(pEpiSCs)를 내피세포로 분화시키는 접근법을 확립하였으며, 이는 대안적이고 잠재적으로 더 우수한 세포 공급원으로서의 가능성을 보여준다. 그러나 pEpiSCs 유래 ECs의 성장 조건은 아직 규명되지 않았고, pEpiSCs가 기능성 ECs로 분화하는지 여부도 불명확했다. 본 연구에서는 pEpiSCs 유래 ECs에서 형태, 증식, 기능성 내피세포 표지자의 변화를 시험관 내에서 평가하였다. pEpiSCs 유래 ECs에 자기활성화 세포분리법(MACS)을 적용하여 ECs의 CD-31+를 수집하였다. 그 결과, 분리된 ECs는 1차 배양에서는 분화 배지에서, 계대 배양에서는 M199 배지에서 분화 배양 조건 중 가장 높은 증식률을 보였다. 이어서 분리된 ECs가 전형적인 혈관 ECs로 기능할 수 있는지를 모세혈관 유사 구조 형성 분석, Dil-아세틸화 저밀도 지단백(Dil-acetylated low-density lipoprotein; Dil-Ac-LDL) 섭취, 그리고 3차원 구형체 스프라우팅(three-dimensional spheroid sprouting) 평가를 통해 확인하였다. 그 결과 pEpiSCs 유래 ECs는 전형적인 혈관 ECs로 기능하는 것으로 나타났으며, 이는 pEpiSC 유래 ECs가 혈관 질환에 대한 세포 치료제를 개발하는 데 사용될 수 있음을 시사한다.

조직 재구성은 외상, 수술적 절제, 또는 선천성 이상으로 인해 영향을 받는 환자에서 형태와 기능을 회복하는 데 필수적이다. 실리콘 임플란트와 자가 지방 이식과 같은 생물학적 방법을 포함한 이식 기반 기술이 널리 사용되고 있음에도 불구하고, 면역 반응, 섬유화, 괴사 등을 포함한 합병증은 여전히 해결되지 않았다. 무세포 진피 기질(acellular dermal matrix, ADM)은 탈세포화된 사람 피부 조직에서 유래하며, 면역원성 성분을 제거하는 동시에 세포외 기질과 성장인자를 유지한다. 새 혈관 형성인 혈관신생(angiogenesis)은 영양분 전달을 보장하고 조직 형성을 지지하며 임플란트 관련 합병증을 감소시키므로 조직 재구성에 결정적으로 중요하다. 본 연구는 초임계 이산화탄소를 이용한 탈세포화로 제조된 미세화 ADM(micronized ADM, mADM)의 혈관신생 잠재력을 생체 내(in vivo) 및 시험관 내(in vitro)에서 조사하고, 그 기저 분자 기전을 규명하고자 하였다. 사람 제대정맥 내피세포(HUVECs)와 마우스 모델을 사용하여 분자 및 기능 분석을 통해 mADM이 혈관신생에 미치는 조절 효과를 평가하였다. mADM 처리된 HUVEC에서는 혈관신생 관련 유전자의 상향조절과 단백질 키나제 B 및 세포외 신호 조절 키나아제 경로의 활성화가 나타났으며, 이는 내피세포의 증식과 이동을 촉진하였다. 또한 mADM은 혈관 내피 성장인자 수용체 2(vascular endothelial growth factor receptor 2, VEGFR2) 신호전달을 자극하여 혈관신생 활성을 촉진하였다. 생체 내에서는 mADM 주사로 인해 재료의 지속적 잔류가 유도되었고 CD31 면역염색으로 확인되는 신생혈관화가 유발되었다. 이러한 결과는 mADM이 특정 분자 경로를 통해 혈관신생을 지지함을 보여주며, 조직 재구성을 개선하고 기존 접근의 한계를 해결하기 위한 유망한 생체활성 소재를 제공한다.

Syntenin은 PSD-95, Dlg 및 ZO-1(PDZ) 두 개의 도메인을 통해 어댑터 및 스캐폴드 단백질로 기능하며, 여러 신호전달 경로에 관여하고 세포 생리학을 조절한다. Syntenin은 종양유전자로 확인되어 다양한 암종에서 암의 발생, 전이 및 혈관형성을 촉진한다. Syntenin-1은 또한 단백질, 지질, 핵산과 같은 생물활성 물질을 포함하여 세포 간 의사소통에서 중요한 역할을 하는 작은 세포외 소포인 엑소좀의 생성 및 방출과 연관되어 있다. 엑소좀의 수송은 여러 조절 단백질의 복잡한 상호작용을 포함하며, 그중 Syntenin-1은 결합 파트너인 syndecan 및 활성화된 백혈구 세포 부착 분자(activated leukocyte cell adhesion molecule, ALIX)와 상호작용한다. 핵심 화물인 마이크로RNA의 엑소좀 전달은 Syntenin-1을 포함하여 다양한 암 관련 유전자의 발현을 조절할 수 있다. Syntenin-1과 마이크로RNA에 의해 엑소좀이 조절되는 기전을 표적화하는 것은 암에 대한 새로운 치료 전략을 제공할 수 있다. 본 종설은 엑소좀 수송 조절에서 Syntenin-1의 역할과 이에 연관된 세포 신호전달 경로에 대한 현재의 이해를 요약한다.

TLR4는 막관통 수용체로, 선천면역 반응에서 핵심적인 역할을 한다. TLR4는 세포막 표면에서 외인성 리간드와 결합할 뿐만 아니라, 세포내 리간드와도 상호작용하여 복잡한 세포내 신호전달 연쇄반응을 개시한다. 어댑터 단백질인 MyD88을 통해 TLR4는 전사인자 NF-κB 및 AP-1을 활성화함으로써 전염증성 사이토카인의 상향 조절을 촉진한다. 또한 TLR4와 연관된 또 다른 어댑터 단백질인 TRIF는 독립적으로 신호전달 경로를 전파하여 인터페론 발현을 증가시킨다. 최근 TLR4는 노화 관련 질환에서 증상 조절의 중요한 인자로서 주목받고 있다. TLR4에 의해 유발되는 지속적인 염증 반응은 이러한 질환의 발병 및 악화에 기여한다. 더불어 TLR4 발현 수준의 변화는 노화 관련 질환의 양상을 조절하는 데 중추적인 역할을 한다. 본 총설에서는 세포 노화와 노화 관련 질환에 대한 TLR4의 영향을 정리하고, 면역 반응을 넘어서는 새로운 치료 표적으로서의 TLR4의 가능성을 강조하고자 한다.

혈관의 내강을 따라 내피세포(ECs)는 혈관 기능을 조절하는 데 필수적인 역할을 한다. 다기능성 혈관 구조 구성요소로서, 다능성 줄기세포(PSCs)는 다양한 혈관 질환에서 잠재적 치료적 응용을 위한 유망한 공급원이다. 우리 연구실은 이전에 돼지 에피블라스트 줄기세포(pEpiSCs)를 내피세포로 분화시키는 접근법을 확립하였으며, 이는 대안적이고 잠재적으로 더 우수한 세포 공급원으로서의 가능성을 보여준다. 그러나 pEpiSCs 유래 ECs의 성장 조건은 아직 규명되지 않았고, pEpiSCs가 기능성 ECs로 분화하는지 여부도 불명확했다. 본 연구에서는 pEpiSCs 유래 ECs에서 형태, 증식, 기능성 내피세포 표지자의 변화를 시험관 내에서 평가하였다. pEpiSCs 유래 ECs에 자기활성화 세포분리법(MACS)을 적용하여 ECs의 CD-31+를 수집하였다. 그 결과, 분리된 ECs는 1차 배양에서는 분화 배지에서, 계대 배양에서는 M199 배지에서 분화 배양 조건 중 가장 높은 증식률을 보였다. 이어서 분리된 ECs가 전형적인 혈관 ECs로 기능할 수 있는지를 모세혈관 유사 구조 형성 분석, Dil-아세틸화 저밀도 지단백(Dil-acetylated low-density lipoprotein; Dil-Ac-LDL) 섭취, 그리고 3차원 구형체 스프라우팅(three-dimensional spheroid sprouting) 평가를 통해 확인하였다. 그 결과 pEpiSCs 유래 ECs는 전형적인 혈관 ECs로 기능하는 것으로 나타났으며, 이는 pEpiSC 유래 ECs가 혈관 질환에 대한 세포 치료제를 개발하는 데 사용될 수 있음을 시사한다.

식물은 멜라닌 생성(melanogenesis)을 효과적으로 자극하였다. B16-F10 세포에 fraxinol을 처리한 결과, 세포독성 없이 농도 의존적으로 멜라닌 함량과 티로시나제 활성이 증가하였다. 또한 fraxinol은 티로시나제, 티로시나제 관련 단백질-1 및 티로시나제 관련 단백질-2와 같은 멜라닌 생성 효소의 mRNA 발현을 증가시켰다. Fraxinol은 mRNA 및 단백질 수준 모두에서 미세안구증(微小眼球症, microphthalmia)-관련 전사인자(microphthalmia-associated transcription factor)의 발현도 증가시켰다. Fraxinol은 순환 아데노신 일인산(cyclic adenosine monophosphate, cAMP) 반응 요소 결합 단백질(cAMP response element-binding protein, CREB)의 인산화를 상향조절하였다. 더 나아가 cAMP 의존성 단백질 키나아제 A 억제제인 H89는 fraxinol로 유도된 CREB 인산화와 미세안구증(微小眼球症)-관련 전사인자의 발현을 감소시켰으며, fraxinol로 유도된 멜라닌 함량과 세포내 티로시나제 활성 증가를 유의하게 약화시켰다. 이러한 결과는 fraxinol이 단백질 키나아제 A 매개 기전을 통해 멜라닌 생성을 촉진함을 시사하며, 강력한 멜라닌 생성 자극제 개발에 유용할 수 있다.

세포외 소포(Extracellular vesicles, EVs)는 엑소좀(exosomes)과 미세소포(microvesicles)를 포함하며, 세포-세포 간 통신을 통해 다양한 생물학적 신호의 전달자 역할을 한다. 면역반응 세포에서 유래한 EVs는 부분적으로 연구되어 왔으나, NLR family pyrin domain-containing 3(NLRP3) 인플라마좀 활성에 의해 매개되는 EVs의 특성은 아직 불명확하다. 본 연구에서는 염증을 유도하는 역할을 하는, NLRP3 인플라마좀 활성화 대식세포에서 유래한 염증성 EVs를 infosomes라고 명명하고 이를 특성화하였다. 단백질체(proteomic) 분석 결과, NLRP3 인플라마좀이 활성화된 대식세포에서 EV 생성이 증가하였으며, 이들 EV는 대사(metabolism), 막 구조(membrane structure), 세포골격(cytoskeletal) 조직과 관련된 마커 단백질이 풍부하게 포함되어 있었다. 또한 유의하게 증가한 단백질들은 신호전달 경로와 면역반응, 식세포작용(phagocytosis), 엔도사이토시스(endocytosis), 그리고 신경퇴행성 질환과 관련된 생물학적 과정과 연관되어 있었다. 결정적으로, EV 분비 및 분자 조성에서의 이러한 변화는 NLRP3 및 그에 따른 인플라마좀 활성에 의존적이었다. 기능적으로, 이들 infosomes는 대식세포와 내피세포 모두에서 염증성 인자(inflammatory factors)의 발현을 증폭시키는 것으로 나타났다. 이러한 발견은 infosomes의 생물학적 역할에 대한 통찰을 제공하며, NLRP3 인플라마좀 활성에 의해 생성되고 적재되는 EVs가 세포-세포 간 통신을 통해 염증 반응을 전파하고 증폭시키는 핵심 생물학적 매개체로 작용함을 시사한다. 이는 염증성 질환에 대한 새로운 바이오마커 및 치료 표적의 가능성을 강조한다.

...BACH1은 PDZ1 도메인을 통해 복합체를 형성함으로써 BACH1의 K48 연결 폴리유비퀴틴화와 프로테아좀 분해를 억제한다. SDCBP를 녹다운하면 BACH1의 분해가 유도되고, BACH1이 유도하는 전이 관련 유전자들의 발현이 하향조절되어 TNBC 종양을 보유한 마우스에서 종양 진행이 억제된다. 또한 SDCBP를 고갈시키면 NDUFA4 및 COX6B2와 같은 BACH1 억제 전자전달사슬(ETC) 유전자의 상향조절이 일어나고, 미토콘드리아 활성이 증가하여 시험관 내 및 생체 내에서 TNBC에 대한 메트포르민의 항종양 효능이 향상된다. 이러한 결과는 SDCBP에 의해 매개되는 BACH1 안정화에 관한 새로운 대체 기전을 보여주며, TNBC 병용 치료에서 ETC 억제제의 효능을 강화하기 위한 잠재적 표적으로 SDCBP-BACH1 축을 시사한다.

미토겐 및 스트레스 활성화 단백질 키나아제 1(Mitogen- and stress-activated protein kinase 1, MSK1)은 Ser/Thr 키나아제로서 핵 단백질을 인산화하여 이들의 안정성과 DNA 결합 친화도를 증가시킨다. 대장암(colorectal cancer, CRC)에서 암 진행을 촉진하는 MSK1의 역할에도 불구하고, 정확한 분자 기전은 아직 규명되지 않았다. 본 연구에서 우리는 MSK1 발현이 상피-간엽 전이(epithelial-mesenchymal transition, EMT) 과정을 유도하고 CRC 세포의 전이를 증가시킨다는 것을 확인하였다. 또한 MSK1이 EMT의 핵심 조절자인 Snail과 상호작용하며, 유비퀴틴 매개 단백질분해효소 분해를 억제함으로써 Snail의 안정성을 증가시킨다는 점을 발견하였다. 중요하게도 MSK1은 Snail의 유비퀴틴화를 억제하는 것이 아니라, 탈유비퀴틴화(deubiquitination)를 촉진하여 Snail 단백질의 안정성을 증가시켰다. 마지막으로 MSK1에 의해 인산화된 Snail 단백질에 결합하는 필수 탈유비퀴틴화효소로 USP5를 동정하였다. 실험 데이터를 바탕으로 CRC에서 MSK1–Snail–USP5 축은 EMT와 CRC의 전이를 촉진할 수 있다. 종합하면, 본 연구 결과는 CRC에 대한 잠재적 바이오마커와 추가 연구를 위한 새로운 치료 표적을 제공한다.