샤르코-마리•투스 질환, 줄기세포에 관한 연구

삼성바이오로직스

2.3 슈반세포와 샤르코-마리•투스 질환 (Charcot Marie Tooth IA, CMTIA)
국내 모 대기업 종수 가족들이 앓는 질병으로 알려져 한 때 대중의 관심을 받기도 했던 유전병인
CMT는 말조신경계에서 수조 (myelin sheath) 를 형성하는 슈반세포의 이상으로 손과 발의 근육들
이 점점 위축되는 질환입니다. 그 중 CMTIA는 말조신경계에서 가장 빈번히 발생하는 유전 질환
중 하나입니다. 동물모델에서 얻어진 정보들로 CMTIA 의 유전학적 원인 및 그 해법을 찾기에는 인
간과 동물모델 간의 유전정보 사이가 워낙 거 매칭에 문제가 생깁니다. 최근에 본 연구실에서는
CMTIA 환자 유래 인간 슈반세포를 이용한 질병 기전 연구를 진행중입니다. 특히 CMTIA 환자
를 분화시켜 얻은 슈반세포와, CMTIA 질병 특이적 인간 배아줄기세포 (착상 전 유전자진단
iPSC
(PGD, pre-implantation genetic diagnosis) 을 통해 얻어진 CMTIA-PGD-hESCs) 를 분화시켜 얻
은 슈반세포, CMTIA 환자 성유아세포 (fibroblast) 유래 유도신경능선세포를 분화시켜 얻은 슈반세
포 등 다양한 CMTIA질병 모델을 이용하여 이들 모델에서 공통적으로 얻어진 질병 기전에 대한 연
구를 수행 중에 있습니다. 만능줄기세포 및 직접교자분화 (direct conversion) 를 이용한 질병 모델
링에 새로운 통찰을 제공할 본 연구는, 현재 국제 저명 학술지에 투고 후 교정 작업 진행 중에 있습
니다.
$ 관련 연구과제: 90060733 (의: Gabsang Lee, 11/15/2014-07/31/2016, CMT Association)

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi?acc=GSE69988

Status

Public on May 22, 2019

Title

Modeling CMT1A with human induced pluripotent stem cell derived Schwann cells

Organism

Homo sapiens

Experiment type

Expression profiling by array
 

Summary

We obtained skin fibroblasts from CMT1A and control patients, and generated hiPSCs which were subsequently differentiated into cd49d+ human Schwann cells. 

We utilized microarray technology to explore the gene expression profiles of cd49d+ Schwann cells CMT1A hiPSCs, control hiPSCs, and control human embryonic stem cells in order to identify potentially disregulated pathways contributing to CMT1A pathogenesis.
 

Patient-specific human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) hold great promise for disease modeling of genetic disorders. 

Often the findings from hiPSC-based studies are validated with genetically-corrected hiPSCs generated by precise genome editing technologies, however, alternatives that have not yet been employed are validation with embryonic stem cells harboring the same disease mutation or utilizing another reprogramming approach from somatic cells of same patients. 

Here we report that disease-relevant phenotypes found in Charcot-Marie-Tooth 1A (CMT1A)-hiPSC-derived Schwann cells were further confirmed by two additional congruent CMT1A models as an alternative to gene correction. We have devised a defined and relatively fast protocol for the direct derivation and prospective isolation of Schwann cells from hiPSCs, leading us to uncover a phenotype of dysregulated immune signaling in CMT1A-hiPSCs-Schwann cells. Our study illustrates the promise of applying hiPSC technology to one of the most common hereditary neuropathies for gaining new insights into human disease pathogenesis and treatment, and these results demonstrate the feasibility of verifying disease phenotypes by utilizing the malleability of cellular fates.
 

우리는 CMT1A 및 대조군 환자로부터 피부 섬유아세포를 획득하고, 이후 cd49d+ 인간 슈반 세포로 분화시킨 hiPSC를 생성했습니다.

우리는 마이크로어레이 기술을 활용하여 CMT1A 발병에 기여하는 잠재적으로 조절되지 않는 경로를 확인하기 위해 cd49d+ 슈반 세포 CMT1A hiPSC, 제어 hiPSC 및 제어 인간 배아 줄기세포의 유전자 발현 프로파일을 탐색했습니다.

환자 맞춤형 인간 유도 만능 줄기세포(hiPSC)는 유전 질환의 질병 모델링에 큰 가능성을 가지고 있습니다. 

종종 정밀한 게놈 편집 기술로 생성된 유전적으로 교정된 hiPSC를 사용하여 hiPSC 기반 연구의 결과를 검증하지만, 아직 사용되지 않은 대안으로는 동일한 질병 돌연변이를 보유한 배아 줄기세포를 사용하여 검증하거나 동일한 환자의 체세포에서 다른 리프로그래밍 접근법을 활용하는 방법이 있습니다. 

여기에서는 유전자 교정의 대안으로 두 개의 일치하는 CMT1A 모델을 추가로 사용하여 Charcot-Marie-Tooth 1A(CMT1A)-hiPSC 유래 슈반 세포에서 발견된 질병 관련 표현형이 추가로 확인되었음을 보고합니다. 

우리는 정의되고 비교적 빠른 프로토콜을 고안하여 hiPSC에서 슈반 세포를 직접 추출하고 잠재적으로 분리하여 CMT1A-hiPSC-슈반 세포에서 조절되지 않는 면역 신호의 표현형을 발견할 수 있었습니다. 이 연구는 인간의 질병 발병과 치료에 대한 새로운 통찰력을 얻기 위해 가장 흔한 유전성 신경병증 중 하나에 hiPSC 기술을 적용할 수 있다는 가능성을 보여주며, 세포 운명의 가변성을 활용하여 질병 표현형을 확인할 수 있다는 가능성을 보여줍니다.

Translated with DeepL.com (free version)

Overall design

hiPSC-Schwann cells from one CMT1A patient (3 samples), an unrelated patient (1 sample), a control hiPSC line (2 samples) and a control hESC line (2 samples) were analyzed using the Affy Primeview array
 

Contributor(s)

Mukherjee-Clavin B, Lee G

Citation(s)

• Mukherjee-Clavin B, Mi R, Kern B, Choi IY et al. Comparison of three congruent patient-specific cell types for the modelling of a human genetic Schwann-cell disorder. Nat Biomed Eng 2019 Jul;3(7):571-582. PMID: 30962586

https://www.sciencedirect.com/topics/immunology-and-microbiology/cd49d

CD49d Expression

CD49d is a surface subunit of the integrin heterodimer that is involved in promoting survival of the CLL cells through microenvironment derived growth signals. CD49d can be used as a reliable predictive marker of aggressive disease course and inferior survival is associated with ≥30% cells expressing CD49d by flow cytometry.

CD49d 발현
CD49d는 인테그린 헤테로다이머(이종이량체)의 표면 하위 단위로, 미세 환경 유래 성장 신호를 통해 CLL 세포의 생존을 촉진하는 데 관여합니다. CD49d는 공격적인 질병 경과의 신뢰할 수 있는 예측 마커로 사용될 수 있으며, 유세포 분석에 따르면 CD49d를 발현하는 세포가 30% 이상이면 생존율 저하와 관련이 있습니다.

https://blog.naver.com/isaict/223151877438

줄기세포란 분화되지 않은 세포로, 반복적으로 분열해 다른 종류의 분화 세포로 발달할 수 있는 세포를 말합니다. 쉽게 말해 커서 무엇이든 될 수 있는 잠재력 많은 어린아이와 같은 세포입니다. 줄기세포는 가신과 동일한 세포를 지속적으로 만들 수 있는 분열능력과 전구세포로 발달할 수 있는 능력을 가지고 있습니다.

(전구세포 . 특정 세포의 형태 및 기능을 갖추기 전 단계의 세포.)

만능줄기세포는 쉽게 대량으로 배양이 가능하고, 단일세포 기간을 연장할 수 있어서 CRISPR-Cas9 시스템을 적용하이 유전가를 편집하는 데 이상적인 세포입니다. 이 유전체 편집 기술은 유전체를 획기적으로 변형시킬 수 있어 인간이나 생태계에 상당한 영향을 미칠 수 있는 반면에, 유전자 변형의 흔적은 거의 남기지 않아 통제하기가 매우 어렵습니다. 또한 이 기술은 기존에 사회적으로 인식되던 유전공학과는 작동 방식이 다르기 때문에 기존의 법률에 의해서 규제되지도 않습니다. 이러한 점 때문에 이 기술에 대한 윤리적 문제가 계속 야기되는 상황입니다.

(The) CD49d /high subpopulation from isolated human breast sarcoma spheres possesses tumor-initiating ability

이경민 서울대학교 대학원 2012 국내박사

4. Integrin and CD49d 

Integrins are a family of transmembrane proteins containing 18 α- and βsubunits in humans [13]. Each of the several α-subunits interacts with βsubunits to form a heterodimeric receptor. Integrins are extracellular matrix ８ (ECM) receptors that activate diverse intracellular signaling molecules within focal adhesion complex to reorganize actin cytoskeleton and to regulate cell proliferation, gene regulation and migration [13], as well as hyperproliferation and carcinogenesis in various cell types [48, 49]. When integrins interact with ECM at focal adhesions, the cytoplasmic tails of integrin subunits recruit facal adhesion molecules including focal adhesion kinase (FAK), paxillin, p130cas and c-Src [50, 51]. In addition, integrins are implicated in cancer stem cell self-renewal and regulation of their differentiation properties [52-54]. In mice models, CD24 highCD29 lowCD61 high cancer progenitor cells display significant tumorigenic and metastatic potential [53, 55]. In 2008, a study of various mouse mammary tumor models found that MMTV-Wnt1 mice exhibited aberrant regulation of mammary epithelial cell populations—as defined by CD29 (β1 integrin) and CD24 [56] prior to tumorigenesis with expansion of the CD29 highCD24 + population of mammary stem cells [57]. Furthermore, CD49f (integrin alpha 6) is proposed a putative CSCs markers in breast [58] and other cancer, glioblastoma [59]. The α4 integrin (CD49d), of very late antigen 4 (VLA-4) molecules, first described in 1987 by Takada et al. [60] are heterodimeric molecules that are involved in embryogenesis, leukocyte adhesion, cell migration, inflammation, and extracellular matrix interaction. α4β1/VLA4 (CD49d/CD29), counterreceptor for VCAM-1 and fibronectin are ubiquitously expressed in human and mouse hematopoietic stem and progenitor cells, and both play a role inhoming and engraftment of hematopoietic stem cells (HSCs) [61, 62] and absence of CD49d in HSCs limits their self-renewal potential and functions [62, 63]. Overall, elucidation of the mechanism(s) underlying cancer stem cell production is crucial, in view of the high mortality rates associated with the presence of undifferentiated tumor cells

인테그린과 CD49d 
인테그린은 18개의 α- 및 β- 서브유닛을 포함하는 막 통과 단백질의 일종입니다[13]. 각각의 α 서브유닛은 β 서브유닛과 상호 작용하여 헤테로이합체 수용체를 형성합니다. 인테그린은 국소 부착 복합체 내에서 다양한 세포 내 신호 분자를 활성화하여 액틴 세포 골격을 재구성하고 세포 증식, 유전자 조절 및 이동을 조절하는 세포 외 기질 ８(ECM) 수용체로서[13] 다양한 세포 유형에서 과증식 및 발암을 조절합니다[14]. 뿐만 아니라 다양한 세포 유형에서 과증식 및 발암을 유발합니다 [48, 49]. 인테그린이 국소 접착에서 ECM과 상호작용할 때, 인테그린 서브유닛의 세포질 꼬리는 국소 접착 키나아제(FAK), 팍실린, p130cas 및 c-Src를 포함한 안면 접착 분자를 모집합니다 [50, 51]. 또한 인테그린은 암 줄기세포의 자기 재생과 분화 특성 조절에 관여합니다[52-54].

마우스 모델에서 CD24가 높고 CD29가 낮으며 CD61이 높은 암 전구 세포는 상당한 종양 유발 및 전이 가능성을 나타냅니다 [53, 55]. 2008년에 다양한 마우스 유방 종양 모델에 대한 연구에서 MMTV-Wnt1 마우스는 종양 형성 전에 CD29(β1 인테그린) 및 CD24[56]에 의해 정의되는 유방 상피 세포 집단에 대한 비정상적인 조절이 나타나며 CD29 highCD24 + 유방 줄기세포 집단이 확장되는 것으로 나타났습니다 [57]. 또한 CD49f(인테그린 알파 6)는 유방암 [58] 및 기타 암, 교모세포종 [59]에서 추정 CSCs 마커로 제안되었습니다. 타카다 등이 1987년에 처음 설명한 VLA-4(매우 늦은 항원 4) 분자의 α4 인테그린(CD49d)은 배아 발생, 백혈구 부착, 세포 이동, 염증 및 세포 외 기질 상호작용에 관여하는 이종이합체 분자입니다[60]. α4β1/VLA4(CD49d/CD29), VCAM-1 및 피브로넥틴의 카운터수용체는 인간 및 마우스 조혈 줄기세포( HSC)와 전구세포에서 유비쿼터스적으로 발현되며, 둘 다 조혈 줄기세포(HSC)의 호밍 및 생착에 역할을 하며[61, 62], HSC(조혈줄기세포)에 CD49d가 없으면 자가 재생 가능성과 기능이 제한됩니다[62, 63].

 전반적으로, 미분화 종양 세포의 존재와 관련된 높은 사망률을 고려할 때 암 줄기세포 생성의 근본적인 메커니즘을 밝히는 것이 중요합니다.

Identification of innate-like CD49dhigh CD4 T helper 1 cells that spontaneously arise in the peritoneal cavity

문하나 성균관대학교 일반대학원 2012 국내박사

CD49d (integrin α4) is preferentially expressed in cells of the hematopoietic lineage and associate with either integrin β1 (CD29) or integrin β7 chain to create VLA-4 (integrin α4β1) or LPAM-1 (integrin α4β7) (6). Both integrins bind to fibronectin and vascular cell adhesionmolecule-1 (VCAM-1). VLA-4, by binding to cytokine-induced VCAM-1 or to matrix proteins with higher preference than LPAM-1,may play a main role in the entry of lymphocytes into inflamedtissue (7). In contrast, LPAM-1 is capable of interacting with the mucosal vascular addressin cell adhesion molecule-1 (MAdCAM-1) and play to be mediating the lymphocyte homing to mucosal tissue (8). The interaction of VLA-4 with VCAM-1 has been important for site-specific lymphocyte adherence in the models of tissue inflammation, including rheumatoid arthritis (9, 10), cytokine activated skin sites (11), contact hypersensitivity skin sites (12), bancroftian filariasis (13), and the brain parenchyma in experimental autoimmune encephalitis (EAE) (14). In addition, the binding of VLA-4 to VCAM-1 or fibronectin associated with T-cell receptor engagement has been shown to be necessary for T-cell activation and proliferation in some disease model (15). 

...

Here I studied the characteristics of peritoneal CD4 + T cells with the expectation that they may also be actively participating in the active homeostatic environment of the peritoneal cavity. This report summarizes findings from this research and reveals that innate-like CD49d high CD4 + T cells are enriched in the peritoneal cavity, which acquired strong pro-inflammatory TH1 characteristics during early development. I propose that the CD49d high CD4 + T cells in this report may be one type of innate CD4 + T cells with diverse TCR repertoire, which are necessary for the early activation of T cell compartment upon acute pathogenic events. 

CD49d(인테그린 α4)는 조혈 계통의 세포에서 우선적으로 발현되며 인테그린 β1(CD29) 또는 인테그린 β7 사슬과 결합하여 VLA-4(인테그린 α4β1) 또는 LPAM-1(인테그린 α4β7)을 생성합니다(6). 두 인테그린은 모두 피브로넥틴과 혈관 세포 접착 분자-1(VCAM-1)에 결합합니다. VLA-4는 사이토카인에 의해 유도된 VCAM-1 또는 LPAM-1보다 선호도가 높은 매트릭스 단백질에 결합하여 림프구가 염증 조직으로 진입하는 데 주요 역할을 할 수 있습니다(7). 이와 대조적으로, LPAM-1은 점막 혈관 아드레날린 세포 부착 분자-1(MAdCAM-1)과 상호 작용하여 림프구가 점막 조직으로 귀환하는 것을 매개하는 역할을 할 수 있습니다(8). 류마티스 관절염(9, 10), 사이토카인 활성화 피부 부위(11), 접촉 과민성 피부 부위(12), 반크로프트안 필라리아증(13), 실험적 자가 면역 뇌염(EAE)의 뇌실질을 포함한 조직 염증 모델에서 VLA-4와 VCAM-1의 상호작용은 부위별 림프구 부착에 중요하게 작용했습니다(14). 또한, 일부 질병 모델에서 T세포 수용체 결합과 관련된 VCAM-1 또는 피브로넥틴에 대한 VLA-4의 결합은 T세포 활성화 및 증식에 필요한 것으로 나타났습니다(15). 

...

본 연구에서는 복강 내 CD4 + T 세포가 복강 내 항상성 환경에도 활발히 관여할 수 있을 것이라는 기대를 가지고 복막 내 CD4 + T 세포의 특성을 연구했습니다. 이 보고서는이 연구의 결과를 요약하여 선천성 유사 CD49d 높은 CD4 + T 세포가 복강에 풍부하며 초기 발달 중에 강력한 염증성 TH1 특성을 획득했음을 밝힙니다. 이 보고서의 CD49d 고 CD4 + T 세포는 급성 병원성 사건 발생시 T 세포 구획의 조기 활성화에 필요한 다양한 TCR 레퍼토리를 가진 선천성 CD4 + T 세포의 한 유형일 수 있다고 제안합니다. 

https://terms.naver.com/entry.naver?docId=427216&cid=60261&categoryId=60261

백혈구접합분자

[ leukocyte adhesion molecule , 白血球接合分子 ]

세포접착을 돕는 막단백질의 총칭. 백혈구 이동, 세포간 신호전달, 활성화 등에 의해 백혈구는 각각의 세포 사이 또는 다른 조직세포나 세포외 기질단백질과 직접적인 접착이 가능하다. 세포의 접착은 수용체와 배위자 결합에 의해 일어난다. 접착분자는 많이 동정되고 있고, 구조의 유사성에 따라 몇 가지 패밀리로 분류하고 있다. 접착분자의 이상은 감염, 염증, 면역이상 등에 깊이 관여한다.

[네이버 지식백과] 백혈구접합분자 [leukocyte adhesion molecule, 白血球接合分子] (생명과학대사전, 초판 2008., 개정판 2014., 강영희)

VLA: 초지연항원, LFA: 림프구기능관련항원, VNR: 비트로넥틴수용체, ICAM: 세포간 접합분자, NCAM: 신경세포 접합분자, VCAM: 혈관세포 접합분자, MHC: 주요조직적합유전자복합체, PSGL: P-셀렉틴당단백질리간드, NK: 자연살생세포

[네이버 지식백과] 백혈구접합분자 [leukocyte adhesion molecule, 白血球接合分子] (생명과학대사전, 초판 2008., 개정판 2014., 강영희)