S-Allyl Cysteine(SAC)이 제대혈 유래 중간엽 줄기세포 증식에 미치는 영향 = Effect of S-Allyl Cysteine(SAC) on the Proliferation of Umbilical Cord Blood(UCB)-derived Mesenchymal Stem Cells(MSCs)

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

To improve the growth of human mesenchymal stem cells(hMSCs) under general cell culture conditions(20% O2 and 5% CO2), we examined the effect of s-allylcysteine(SAC), which is known as an antioxidant and the main component of aged-garlic extract, on hydrogen peroxide-induced cellular stress in hMSCs. We found that SAC blocked hydrogen peroxide- induced cell death and cellular apoptosis, but that SAC did not improve the growth of hMSCs during short-term culture. To evaluate the protective effect of SAC, we examined the endogenous expression of the antioxidant enzymes catalase (CAT), superoxide dismutase(SOD), and glutathione peroxidase(Gpx) in hMSCs. Hydrogen peroxide was found to down- regulate the expression of CAT, SOD, and Gpx at the protein level. However, in the pre-treatment group of SAC, SAC inhibited the hydrogen peroxide-induced down-regulation of CAT, SOD, and Gpx. Unfortunately, treatment with SAC alone did not induce the up-regulation of antioxidant enzymes and the cell proliferation of hMSCs. Surprisingly, SAC improved cell growth in a single cell level culture of hMSCs. These results indicate that SAC may be involved in the preservation of the self-renewal capacity of hMSCs. Taken together, SAC improves the proliferation of hMSCs via inhibition of oxidative- stress-induced cell apoptosis through regulation of antioxidant enzymes. In conclusion, SAC may be an indispensable component in an in vitro culture system of human MSCs for maintaining self-renewal and multipotent characterization of human MSCs.

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 제대혈 유래 중간엽 줄기세포의 배양의 최적화를 위해서는 시험관내 배양 시 이용되는 배양 조건에서 20% 산소가 점차적으로 세포 내 산화 스트레스를 유발함으로써 줄기세포의 증식에 영향을 미칠 것으로 생각되었다. 그리하여 항산화 효과를 가지고 있는 물질을 세포배양액에 첨가함으로써 줄기세포의 증식능력을 향상시킬 것으로 기대하였다. 본 연구결과에서 SAC이 H2O2에 의해 유도되는 세포 손상을 방지함을 확인할 수 있었으며, 세포 사멸 실험에서 SAC이 중간엽 줄기세포 배양 시 산화 스트레스에 의해서 세포 사멸 단계로 진전하는 과정을 방지함을 알 수 있었다. H2O2에 대한 SAC의 세포 보호 효과가 항산화 효소와 항산화 효소인 catalase (CAT), superoxide dismutase(SOD), glutathione peroxidase(Gpx)의 단백질 발현실험에서 SAC은 catalase의 경우 단백질 발현을 대조군과 비교할 수 있는 수준으로 발현이 유지되었으며, SOD 및 Gpx의 경우 단백질 발현은 감소하였으나 H2O2를 처치한 군과 비교 시 유의하게 단백질이 발현되었다. 본 연구의 저자들은 위의 연구를 통해서 SAC의 중간엽 줄기세포의 세포 보호 효과에 대한 자세한 기전을 밝히지는 못하였지만 세포 내에 존재하는 항산화 효소의 발현을 유지시킴으로써 세포를 보호함을 알 수 있었다. SAC이 장기간 배양 시 중간엽 줄기세포의 자기 복제 능력을 향상시킬 수 있는지를 관찰한 실험에서 SAC은 지속된 배양에도 불구하고, 중간엽 줄기세포의 증식능력의 유지 및 증식속도가 증진하였다.
결론적으로, 본 연구에서는 산화 스트레스로 야기되는 세포 생존율 감소, 세포 사멸 증가, 항산화 효소에 결핍을 SAC이 방지함으로써 중간엽 줄기세포의 증식능력을 향상시키는 작용이 있음을 관찰하였다. 이러한 결과는 제대혈 유래 중간엽 줄기세포뿐만 아니라 다양한 조직에서 유래된 중간엽 줄기세포를 배양하는데 있어 줄기세포의 능력을 보존하는데 있어 유익할 가능성이 있다고 사료된다.

참고문헌 (Reference)

• 1 김상성, "저산소 배양조건에서 인간배아줄기세포의 발생경향" 한국조직공학과 재생의학회 5 (5): 474-481, 2008
• 2 김용숙, "심혈관질환 치료를 위한 줄기세포의 최적화 전략" 한국조직공학과 재생의학회 6 (6): 186-191, 2009
• 3 신철호, "스트렙토조토신 유발 당뇨병 백서의 산화스트레스에 대한 S-Allylcysteine의 영향" 대한내분비학회 23 (23): 129-136, 2008
• 4 Augusti KT, "Therapeutic values of onion(Allium cepa L) and garlic(Allium sativum L)" 34 : 634-640, 1996
• 5 Agarwal KC, "Therapeutic actions of garlic constituents" 16 : 111-124, 1996
• 6 Block E, "The chemistry of garlic and onions" 252 : 114-119, 1985
• 7 Zwaginga JJ, "Stem cell-derived angiogenic/ vasculogenic cells: Possible therapies for tissue repair and tissue engineering" 30 : 900-908, 2003
• 8 Amagase H, "Intake of garlic and its bioactive components" 131 : 955S-962S, 2001
• 9 Zhu W, "Hypoxia and serum deprivation-induced apoptosis in mesenchymal stem cells" 24 : 416-425, 2006
• 10 Kang TJ, "Growth kinetics of human mesenchymal stem cells from bone marrow and umbilical cord blood" 112 : 230-233, 2004
• 11 Nagatoshi I, "Garlic compounds minimize intracellular oxidative stress and inhibit nuclear factor-kB activation" 131 : 1020S-1026S, 2001
• 12 Li T, "Antiapoptosis action of aged garlic extract(AGE) protects epithelial cells from methotrexate induced injury" 54 : 1819-1820, 2005