Glyoxalase-1 is essential for the generation of definitive endoderm by human pluripotent stem cells = 인간 전분화능줄기세포 유래 초기 내배엽의 발생과정에서 Glyoxalase-1이 미치는 영향
저자
발행사항
춘천 : 강원대학교 대학원, 2021
학위논문사항
학위논문(석사)-- 강원대학교 대학원 : 의학과 내과학 전공 2021. 8
발행연도
2021
작성언어
영어
주제어
발행국(도시)
강원특별자치도
형태사항
40 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 홍석호
UCI식별코드
I804:42002-000000032089
소장기관
Glyoxalase-1 (GLO1) is expressed in various tissues in vivo and is known to play an important role in the maintenance of homeostasis and pathological development. Preliminary study showed that GLO1 deficiency impaired the development of alveolar epithelial cells (AECs) and alveolar organoids (AOs) from human pluripotent stem cells (hPSCs). However, GLO1-mediated regulatory mechanism underlying the early definitive endoderm (DE) differentiation of hPSCs is unclear. Therefore, in this study, the roles of GLO1 and GSK-3/β-catenin signaling pathway during DE differentiation of hPSCs in vitro were investigated using GLO1 knockout (GLO1-/-) hPSCs. The expression of GLO1 is increased during DE and AEC differentiation at the transcript and translational levels. GLO1-/- hPSCs did not exhibit a difference in expression level of pluripotency genes, nor did flow cytometry analysis detect a significant difference in the frequency of undifferentiation markers. Importantly, GLO1-/- hPSCs showed a lower DE differentiation efficiency as well as lower expression levels of DE-related transcription factors (GATA6, SOX17 and FOXA2) compared to wildtype (WT) control, which was not due to an increased number of apoptotic cells with GLO1 deficiency. Notably, this impaired DE differentiation of GLO1-/- hPSCs was completely rescued by treatment of high dose (2.5 and 5 μM) of CHIR99021 (GSK-3 inhibitor) during DE differentiation. Western blot analysis showed that activation of GSK-3/β-catenin signaling in WT and GLO1-/- hPSCs was regulated by CHIR99021 in a dose-dependent manner, but GLO1-/- hPSCs exhibit less sensitive to external stimuli compared to WT control. These results suggest that GLO1 is an essential factor for early DE differentiation via the regulation of DE-related transcription factors and GSK-3/β-catenin signaling pathway.
더보기Glyoxalase 1 (GLO1)은 생체 여러 조직에서 발현하고, 항상성 유지와 병리학적 발생 과정에서 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 최근 GLO1이 폐상피세포(alveolar epithelial cells, AECs) 분화와 폐포 생체모사체 (alveolar organoid, AO) 발생에 영향을 미친다는 선행 결과를 관찰한 바 있다. 그러나, 줄기세포의 분화, 특히 초기 내배엽 발생 과정에서 GLO1의 기능과 역할에 대해서는 연구는 보고된 바가 없다. 본 연구에서는 초기 내배엽 발생 과정에 있어서 GLO1의 역할을 규명하기 위해 유전자 편집(CRISPR-Cas9 gene editing) 기술을 이용하여 GLO1 결핍 (GLO1-/-) 인간 전분화능 줄기세포를 제작하였다. 정상 및 GLO1 결핍 인간 전분화능 줄기세포를 이용하여 초기 내배엽 분화를 유도한 결과, GLO1-/- 인간 전분화능 줄기세포에서 초기 내배엽 분화율과 분화 지표의 발현이 유의적으로 감소함을 관찰 할 수 있었다. 초기 내배엽 분화엔 다양한 조절 기전이 관여하는데 GLO1 결핍이 이들 중 하나 또는 여러 개의 조절 기전에 영향을 미친다고 예상하였다. 이 가설을 통해 초기 내배엽 분화를 유도하는 것으로 알려진GSK-3β inhibitor(CHIR99021) 처리 농도에 따라 GLO1-/- 인간 전분화능 줄기세포의 초기 내배엽 분화가 정상 인간 전분화능 줄기세포 수준으로 회복되는 효과를 보였다. 실험 결과를 바탕으로 GLO1의 결핍은 초기 내배엽 분화 조절 기전 중 GSK-3/β-catenin 조절 기전에 매우 중요한 영향을 미치는 것을 관찰하였다. 본 결과를 종합하면, 초기 내배엽 발생과 그에 따른 항상성을 유지하는 조절 기전에 GLO1이 매우 중요하게 관여한다는 것을 알 수 있다. 하지만, GLO1이 GSK-3/β-catenin 조절을 통한 내배엽 분화에 어떠한 분자 조절 기전에 영향을 미치는 지에 대한 연구는 아직 미흡하다. 따라서 향후, 이에 대한 심도 깊은 연구가 더 진행 되어야 할 것으로 사료된다.
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