배경: 체내(in situ)에서 심근세포(cardiomyocyte)의 증식을 유도하는 것은 손상 후 심근 재생을 위한 유망한 전략이다. 그러나 심근세포는 증식 촉진 신호를 약화시키고 그 확장을 제한하는 고유의 억제 기전을 지니고 있다. 우리는 세포-세포 접촉이 심근세포 증식을 억제하는 핵심 요인일 것이라고 가설을 세웠다. 3차원 환경에서 지속적인 증식을 가능하게 하기 위한 기저 분자 경로를 규명하는 것을 목표로 하였다. 방법: 사람 유도만능줄기세포(human induced pluripotent stem cell) 유래 심근세포(hiPSC-CM)를 다양한 도말( plating ) 밀도로 배양하여 세포-세포 접촉이 세포주기 활성에 미치는 영향을 조사하였다. 세포 밀도가 낮은 배양과 높은 배양에서 인산화 단백질체(phosphoproteomic) 분석을 수행하여 신호 전달의 변화를 확인하였다. 또한 세포 밀도가 낮은 배양에서 얻은 배양상등액(conditioned media)을 사람 성장인자 배열(human growth factor array)로 분석하여 분비되는 증식 촉진 인자를 동정하였다. 결과: hiPSC-CM의 증식은 세포 간 접촉이 형성되기 전까지 도말 밀도에 비례하여 증가하였으며, 접촉이 형성된 이후에는 증식이 억제되었다. 조밀한 배양에서는 부착부착 접합(adherens junction)의 조립, 사르코메어(sarcomeric) 조직화 및 수축 기능이 향상되었다. 조밀한 조건에서 세포-세포 접촉이 증가하면 β-catenin의 핵 이동이 감소하고 TCF/LEF(T cell factor/lymphoid enhancer factor family) 전사 활성이 감소하여, 감소된 hiPSC-CM 증식의 기전적 근거를 제공하였다. 부착부착 접합 또는 사르코메어 조립을 siRNA 매개 상향조절(knockdown)으로 N-cadherin 또는 α-actinin을 각각 억제하여 교란한 결과, hiPSC-CM의 세포주기 활성은 증가하였으나, 이는 hiPSC-CM의 분열을 유도하기에는 충분하지 않았다. 추가로, 세포 밀도가 낮게 도말된 hiPSC-CM에서의 배양상등액 내 후보 분비 성장인자를 스크리닝한 결과, IGFBP2(인슐린양 성장인자 결합 단백질 2, insulin-like growth factor-binding protein 2)의 농축이 확인되었고, 이는 3차원 구성에서 세포-세포 접촉이 있는 조건에서도 hiPSC-CM 분열을 유도하기에 충분하였다. 결론: 본 연구 결과는 세포-세포 접촉이 부착부착 접합 형성, 사르코메어 조립 및 IGFBP2 분비 감소를 통해 hiPSC-CM 증식을 억제함을 보여준다. 또한 외인성 IGFBP2의 보충은 세포-세포 접촉에 의해 매개되는 hiPSC-CM 증식 억제를 극복하고 3차원 심장 조직의 성장을 촉진할 수 있음을 시사한다. 이러한 통찰은 심장 조직 공학 및 재생 치료의 발전에 의미 있는 함의를 제공한다.

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