Wnt 신호 경로 활성화, 인간 간 전구세포 직접 재프로그래밍 효율 극대화¶
원제목: 经典Wnt信号通路激活提升人源诱导肝祖细胞直接重编程效率 - 生物通
핵심 요약
- Wnt 신호 경로 활성화는 인간 말초혈관 내피세포를 간 전구세포로 직접 재프로그래밍하는 효율을 크게 높이는 것으로 나타났습니다.
- Wnt 신호 경로 활성화는 유전자 발현 및 후성유전적 리모델링을 가속화하여 재프로그래밍 과정을 촉진하는 핵심적인 역할을 합니다.
- 내인성 WNT2B 단백질 분비는 재프로그래밍 초기에 필수적이며, 이는 간 전구세포 유도에 중요한 신호를 제공합니다.
상세 내용¶
최근 'Stem Cell Reports'에 게재된 연구는 인간 말초혈관 내피세포(HUVECs)를 간 전구세포(hiHepPCs)로 직접 재프로그래밍하는 과정의 낮은 효율성을 극복하기 위한 새로운 방법을 제시합니다. 연구팀은 Wnt 신호 경로를 활성화함으로써 재프로그래밍 효율을 크게 향상시킬 수 있음을 발견했습니다. 특히, Wnt 신호 경로 활성화 약물인 CHIR99021이 간 전구세포인 ALB+ hiHepPCs의 생성 효율을 현저히 높이는 것으로 나타났으며, 이는 다른 약물에서는 관찰되지 않는 독특한 효과였습니다.
연구 과정에서 다양한 재프로그래밍 관련 화합물 스크리닝이 이루어졌습니다. 연구진은 10가지 알려진 재프로그래밍 화합물을 시험했으며, 그중 GSK-3 억제제 계열인 CHIR99021과 BIO가 Wnt 신호 경로를 활성화하는 방식으로 간 전구세포 생성 효율을 높이는 것을 확인했습니다. 이 중 CHIR99021의 효과가 가장 뛰어났습니다.
기존 연구에서는 FOXA3, HNF1A, HNF6과 같은 전사 인자를 활용하여 HUVECs를 hiHepPCs로 직접 재프로그래밍하는 방법이 보고되었으나, 낮은 효율성 때문에 실제 임상 적용에 어려움이 있었습니다. 이번 연구는 이러한 한계를 극복하기 위해 분자 생물학적 접근 방식을 도입했습니다. 연구팀은 복잡한 다단계 실험을 수행했으며, 여기에는 전사체 분석, 3'UTR 시퀀싱, ATAC-seq, CRISPRi 기반의 유전자 기능 연구, 3차원 배양 시스템 활용 등이 포함되었습니다.
CHIR99021을 처리했을 때, 간 전구세포 표지자인 E-cadherin의 발현이 증가하는 것이 관찰되었습니다. 또한, 3'UTR-seq과 ATAC-seq 분석을 통해 CHIR99021이 재프로그래밍 과정에서의 전사체 및 염색질 리모델링을 가속화함을 확인했습니다. 특히, 간 기능과 관련된 유전자들의 발현이 촉진되고 HUVEC 특이적 유전자들의 발현은 억제되는 양상이 나타났습니다. ATAC-seq 데이터는 CHIR99021 처리가 유전자 활성화 영역(DARs)의 증가를 유도하며, 이는 유전자 발현 및 세포 분화에 중요한 역할을 하는 것으로 분석되었습니다.
Wnt 신호 활성화는 재프로그래밍 초기 단계, 즉 HUVECs를 처리한 후 약 4일 이내에 가장 효과적인 것으로 나타났습니다. 이 시기를 놓치면 효율성이 감소했습니다. 흥미롭게도, 내인성 Wnt 신호 경로 자체의 활성화 또한 hiHepPC 유도에 중요한 역할을 했습니다. 재프로그래밍 초기 단계에서 Wnt 신호 경로 관련 유전자들의 발현이 급증했으며, 특히 WNT2B 단백질의 분비가 간 전구세포 형성에 결정적인 영향을 미치는 것으로 밝혀졌습니다. CRISPRi를 이용한 WNT2B 발현 억제 실험 결과, ALB 발현이 감소하고 hiHepPC 생성 수가 현저히 줄어드는 것을 통해 WNT2B의 중요성이 입증되었습니다. 결론적으로, 본 연구는 Wnt 신호 경로 활성화가 간 전구세포의 직접 재프로그래밍 효율을 높이는 데 핵심적인 역할을 하며, 특히 내인성 WNT2B의 분비가 그 과정에 필수적임을 시사합니다. 이는 향후 간 질환 치료를 위한 세포 치료제 개발에 중요한 기반을 제공할 것으로 기대됩니다.
편집자 노트¶
이번 연구 결과는 간세포 재생 및 질병 치료를 위한 세포 기반 치료제 개발에 있어 매우 고무적인 진전을 보여줍니다. 기존의 간세포 유도 방법은 iPSC(유도만능줄기세포)를 거치는 복잡하고 시간 소모적인 과정을 필요로 했지만, 본 연구는 말초혈관 내피세포와 같이 접근하기 쉬운 세포를 직접 간 전구세포로 전환하는 효율성을 획기적으로 개선했다는 점에서 의미가 큽니다. 특히, 'Wnt 신호 경로'라는 핵심적인 조절 메커니즘을 밝혀냈다는 점이 중요합니다. 우리 몸의 세포는 다양한 신호 전달 경로를 통해 상호작용하는데, Wnt 경로는 세포의 성장, 분화, 발생 등 매우 기본적인 생명 현상에 관여합니다. 이번 연구는 이 Wnt 경로를 특정 약물(CHIR99021)로 활성화함으로써, 세포가 '간세포'라는 새로운 정체성을 획득하도록 유도하는 과정을 더욱 빠르고 효율적으로 만들 수 있다는 것을 과학적으로 입증한 것입니다.
이는 곧 우리 일반인들에게도 큰 희망을 줍니다. 만약 이 기술이 상용화된다면, 간 이식이 필요한 환자들이 더 이상 장기 기증을 기다리지 않아도 될 수 있습니다. 환자 자신의 혈액이나 피부 세포에서 얻은 내피세포를 이용해 치료용 간 전구세포를 대량으로 생산하고, 이를 환자에게 주입하여 손상된 간 기능을 회복시키는 '맞춤형 세포 치료'가 가능해질 것입니다. 또한, 간암과 같은 간 질환의 새로운 치료법 개발에도 기여할 수 있습니다. 물론 아직 임상 적용까지는 많은 연구와 검증이 필요하겠지만, 줄기세포 분야의 오랜 난제 중 하나를 해결할 실마리를 제공했다는 점에서 이번 연구의 가치는 매우 크다고 할 수 있습니다.