Study of Tumorigenicity Risk of Human Pluripotent Stem Cells for Safety Assurance of Stem Cell Therapy
- 주제어 (키워드) Pluripotent stem cells , Culture adaptation , tumorigenicity , genetic aberration , teratoma , stemotoxic
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 이갑열
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2022. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 생명과학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000066814
- UCI I804:11029-000000066814
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록
Despite of the potential for stem cell-based cell therapy, technology of stem cell selection and study for teratoma formation derived from residual undifferentiated pluripotent stem cells (PSCs) are still not sufficient. Hereupon, was developed cell chip for classification of naïve and primed pluripotent stem cells based on their different mitochondrial-derived electrochemical signal intensity. In addition, I identified that a flavonoid luteolin which derivative of quercetin, which could selectively eliminate undifferentiated pluripotent stem cells, is a potent flavonoid than quercetin. Besides, structure-activity relationship analysis for Sepantronium bromide (hereafter YM155), a survivin inhibitor that could selectively eliminate undifferentiated stem cells, demonstrated that distance between nitrogen in the pyrazine ring of YM155 and hydrogen bond is contribute to transport into the cell via SLC35F2 transporter, which induces apoptotic cell death of hPSCs. Although several studies for selective elimination of undifferentiated stem cells, however, tumorigenicity induced by frequent genomic instability during in vitro culture has been a serious safety issues for clinical applications of stem cell-based therapy. I found that culture-adapted hESCs with a minimal amplification in chromosome 20q11.21 loci highly expressed TPX2, a key protein for microtubule stabilization, spindle assembly, cancer malignancy, which could drive genomic instability through mitotic aberration. Likewise, I demonstrated that CHCHD2, a gene reduced specifically in culture-adapted hESCs, provide resistance for single cell-dissociate stress and DNA damage via mitochondrial translocation of BCL-xL/BAX protein. Comprehensively, these researches contribute to safety for stem cell-based therapeutic application via selective elimination of undifferentiated pluripotent stem cells or via study to mechanisms of acquiring genome aberration or survival advantages of culture-adapted pluripotent stem cells.
more초록
줄기세포 기반 세포치료에서 인간 전분화능 줄기세포의 뛰어난 잠재력에도 불구하고, 전분화능 줄기세포의 종양형성 가능성은 줄기세포 세포치로의 광범위한 임상 적용에 큰 위협 요소이다. 따라서, 분화 이후 잔존 전분화능 줄기세포에 의한 기형종 형성 억제 연구 및 체외 배양과정에서의 전분화능 줄기세포의 유전체 불안정성에 대한 기전 및 제어 연구가 필요한 상황이다. 이에, 본 연구에서는 primed 전분화능 줄기세포와 naïve 전분화능 줄기세포간의 전기화학적 신호가 다름에 기반하여 실시간으로 두 세포를 구분하는 세포칩을 개발하였고, naïve 전분화능 줄기세포의 전기화학적 신호가 세포 미토콘드리아에서 유래함을 규명하였다. 또한, 미분화 전분화능 줄기세포를 선택적으로 제거하는 천연물인 퀘르세틴(quercetin) 유도체인 루테올린(luteolin)이 퀘르세틴에 비해 더 효과적임을 발견하였으며, 또 다른 미분화 전분화능줄기세포 선택적 제거 화합물인 Sepantronium bromide (YM155)의 유도체들의 분석을 통해 YM155파이라진 고리 (pyrazine ring)의 질소와 수소결합의 거리 때문에 SLC35F2 수송체를 통하여 세포 내부로 들어가 미분화 전분화능 줄기세포의 세포사멸을 유도함을 규명하였다. 뿐만 아니라, 전분화능 줄기세포의 체외배양과정에서 특이적으로 발생하는 유전체 변이의 축적 및 생존 이점 형질의 획득으로 인하여 배양적응된 전분화능 줄기세포의 유전체 불안정성 기전 연구를 통해 염색체 20q11.21 부분의 유전체 이수성 증가가 전분화능 줄기세포의 생존 이점 및 유전체 불안정성에 관여함을 확인하였다. 특히, 염색체 20q11.21 부분에 존재하는 TPX2 유전자 및 TPX2 단백질의 증가는 세포 미세소관의 불안정성을 야기하여 배양적응 전분화능 줄기세포의 유전체 배수성을 유도하는 것을 규명하였다. 또한, 염색체 20q11.21 loci의 증폭이 일어난 배양적응 전분화능줄기세포에서 특이적으로 감소하는 CHCHD2 유전자 및 단백질은 전분화능줄기세포의 단일세포해리 스트레스에 관한 저항성을 제공하며, BCL-xL 단백질의 미토콘드리아로의 이동에 관여하여DNA 손상에 대한 저항성을 제공함으로서 미분화 전분화능줄기세포의 생존 이점에 영향을 주는 것을 검증하였다. 종합적으로, 본 연구는 인간 전분화능 줄기세포의 선별 및 제거, 그리고 배양적응된 미분화 전분화능줄기세포의 생존 이점 및 유전체 불안정성의 매커니즘을 확인하여 전분화능줄기세포 기반 세포치료의 임상적용에 대한 안전성 확보에 기여하고자 한다.
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