INTRODUCTION: 줄기세포 미세환경은 생물학적 기능과 임상적 등급(clinical grade)에 견고하게 영향을 미치는 것으로 입증되어 왔다. 특히 천연 또는 합성 성장인자는 특정 세포외 수용체와의 상호작용을 통해 줄기세포의 증식, 대사, 분화를 조절하는 데 필수적이다. 섬유아세포 성장인자-2(Fibroblast growth factor-2, FGF-2)는 다양한 조직과 기관에서 다면적(pleiotropic) 기능을 지닌다. FGF-2는 FGF 수용체(FGF receptor, FGFR)와 상호작용하여, 혈관신생, 상처 치유, 세포 증식 및 분화와 같은 수많은 생물학적 기능을 포함하는 FGFR 신호전달 경로를 활성화한다. OBJECTIVES: 본 연구에서는 아직 규명되지 않은 기능을 갖는 FGF-2 유래 펩타이드 FP2(44-ERGVVSIKGV-53)의 분자적 기능, 작용 기전 및 치료 활성을, 알려진 기능을 갖는 다른 시험 펩타이드인 canofin1(FP1), hexafin2(FP3), canofin3(FP4)와 비교하여 인간 위튼 젤리 중간엽 줄기세포(human Wharton's jelly mesenchymal stem cells, hWJ-MSCs)의 증식과 분화 및 치료적 적용을 촉진하는 데서 탐색하고자 한다. METHODS: 배양 접시에 머슬 접착 단백질(mussel adhesive proteins, MAP)과 융합된 시험 펩타이드를 EDC/NHS 화학을 통해 고정화하였다. 세포 증식 분석, 콜로니 형성 단위(colony-forming unit) 평가, 웨스턴 블로팅 분석, 유전자 발현 분석, RNA-Seq 분석, 조골(osteogenic) 및 연골분화(chondrogenic) 분화능을 이용하여 시험 펩타이드의 활성을 검증하였다. 또한 펩타이드-수용체 상호작용 예측을 위해 3차원(3D) 구조 분석과 인공지능(AI) 기반 AlphaFold2 및 CABS-dock 프로그램을 추가로 활용하였다. 아울러 골관절염 마우스 모델을 이용하여 FP2 배양 hWJ-MSCs의 생체 내 치료 능력을 검증하였다. RESULTS: hWJ-MSC를 FP2 고정화 배양 접시에 배양한 경우, 시험 펩타이드에 비해 세포 증식(n = 3; *p < 0.05, **p < 0.01)과 콜로니 형성 단위(n = 3; *p < 0.05, **p < 0.01)가 유의하게 증가하였다. FP2는 FRS2α 및 FGFR1의 인산화(phosphorylation)를 유의하게 상향 조절하고, AKT 및 ERK 신호전달 경로를 활성화하였다(n = 3; *p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001). 흥미롭게도, AI 기반 도구를 이용해 예측된 효율적인 FP2 수용체 결합을 확인하였다. AKT 억제제로 처리 시, FP2 매개에 의한 세포 분화 증진이 유의하게 차단되었다(n = 3; *p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001). 골관절염 마우스 모델에서 FP2 배양 MSC의 관절강 내(intra-articular) 주사는 기능적 검사에서 나타난 바와 같이 관절염 증상을 유의하게 완화하였으며(n = 10; *p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001, ****p < 0.0001), 전염증성 및 항염증성 유전자의 발현 수준을 조절했고, 조직 절편(tissue sections)에 의해 시사되는 향상된 골연골 재생(osteochondral regeneration)도 관찰되었다. CONCLUSION: 본 연구는 FGF-2 유래 펩타이드 FP2를 hWJ-MSCs의 치료 잠재력을 향상시키기 위한 유망한 후보 펩타이드로 규명하였으며, 특히 골 및 연골 재생에서의 효과가 기대된다.

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