정자 전구체 생성을 위한 혈액 세포 재배선

심장, 간, 혈액 및 정자 세포와 같은 다양한 세포 유형은 신체에서 고유한 작업을 수행하는 데 도움이 되는 특성을 가지고 있습니다. 일반적으로 이러한 특성은 고정되어 있습니다. 개입 없이는 심장 세포가 자발적으로 간 세포로 전환되지 않습니다.

그러나 샌안토니오에 있는 텍사스 대학교 및 텍사스 생의학 연구소의 협력자들과 함께 일하는 펜실베니아 대학교 수의과 대학의 연구원들은 마모셋 혈액 세포가 줄기 세포의 유연성을 획득하도록 자극했습니다. 그런 다음 그들은 그 줄기 세포가 정자 전구체의 특성을 취하도록 지시했습니다.

저널에서 이라이프, 그들은 셀 재배선의 단계별 프로세스에 대해 보고합니다. 작은 원숭이인 마모셋에서 처음 발견된 이 발견은 영장류 생물학을 연구하고 다음과 같은 새로운 보조 생식 기술을 개발할 수 있는 새로운 가능성을 열어줍니다. 체외 gametogenesis, 실험실 접시에서 생식 세포, 정자 또는 난자를 생성하는 과정. 체외 수정은 인체 외부의 배아 생성을 포함합니다.

Penn Vet의 조교수인 Kotaro Sasaki는 “과학자들은 생쥐의 유도 만능 줄기 세포에서 기능성 정자와 난자를 생성하는 방법을 알고 있지만 생쥐 생식 세포는 인간 생식 세포와 매우 다릅니다.”라고 말합니다. “생물학적 특성이 우리와 더 유사한 마모셋을 연구함으로써 우리는 격차를 해소할 수 있습니다.”

생식 세포를 생성하는 방법을 이해하기 위해 연구원들은 먼저 종에 대해 엄격하게 특성화되지 않은 마모셋 배아에서 생식 세포 전구체를 연구했습니다. 그들은 원시 생식 세포(PGC)로 알려진 이러한 초기 단계 세포가 시간이 지남에 따라 추적할 수 있는 특정 분자 마커를 가지고 있음을 발견했습니다. 이들 세포에서 단일 세포 RNA 시퀀싱을 수행한 결과, PGC는 초기 단계 생식 세포의 특징적인 유전자와 유전자 발현을 조절하는 후생적 변형과 관련된 유전자를 발현한다는 사실이 밝혀졌습니다. 그러나 PGC는 전구 세포가 성숙을 완료하기 위해 난소나 고환으로 이동하는 생식 세포 발달 과정 후반에 활성화되는 것으로 알려진 유전자를 발현하지 않았습니다.

그들의 발견은 “마모셋 생식 세포가 재프로그래밍 과정을 겪는다는 개념과 일치한다”고 사사키는 말한다. 그것은 특정 마커를 “끄고” PGC가 생식 세포 발달 단계를 통해 진행될 수 있도록 한다는 것이다. 연구원들이 마모셋 세포에서 관찰한 패턴은 인간과 다른 원숭이 종 모두에서 발견된 것과 매우 유사하지만 생쥐와는 달랐습니다. 이는 마모셋이 생식 생물학 연구에서 귀중한 모델이 될 수 있는 또 다른 이유입니다.

그 정보를 손에 들고 팀은 연구실에서 개발 프로세스를 인위적으로 재구성하려고 시도했습니다. 첫 번째 단계는 혈액 세포를 유도 만능 줄기 세포(iPSC)로 전환하는 것입니다.

Sasaki 연구실의 박사 후 연구원이자 수석 저자인 Yasunari Seita는 “나는 세포 배양 및 유도 만능 줄기 세포로 작업한 경험이 많지만 마모셋 세포를 위한 안정적인 배양을 확립하는 것은 연구의 어려운 부분이었습니다”라고 말했습니다. .

많은 시행착오와 마우스, 인간 및 기타 조사에서 배운 교훈을 적용한 후 Seita는 iPSC의 안정적인 배양을 생성하고 유지할 수 있는 전략에 착수했습니다. 성공의 열쇠는 세포 분화와 같은 다양한 세포 기능에 관여하는 Wnt 단백질이 지배하는 신호 전달 경로의 억제제를 추가한 것입니다.

다음 단계는 iPSC에서 생식 세포 전구체로 이동하는 것이었습니다. 다시 한 번, 이 변환을 위한 프로토콜을 개발하기 위해 상당한 실험이 진행되었습니다. 가장 효과가 좋았던 방법은 배양액의 15~40%가 이러한 생식 세포 전구체의 특성을 갖도록 성공적으로 유도하기 위해 성장 인자 칵테일을 추가하는 것이었습니다.

Sasaki는 “우리는 그 효율성을 보고 흥분했고 우리 문화를 확장할 수 있었습니다. 여러 번 통과하고 멋진 기하급수적 성장을 보았습니다. “세포는 주요 생식 세포 마커를 유지했지만 생식선으로의 이동과 관련된 다른 마커는 나타내지 않았습니다.”

연구의 마지막 단계에서 연구팀은 이 실험실에서 배양한 세포를 달래어 후기 단계 생식 세포의 특성을 취하도록 했습니다. Sasaki와 동료들이 인간 세포에서 초기에 확립하고 2020년에 보고한 방법을 기반으로 합니다. 네이처 커뮤니케이션즈 논문에서 그들은 한 달 동안 마우스 고환 세포와 함께 세포를 배양했습니다. 그 결과 일부 세포가 후기 단계의 정자 세포 전구체와 관련된 유전자를 활성화하기 시작하면서 성공적인 성장이 이루어졌습니다.

마모셋을 연구하기 위한 새로운 접근 방식을 개발하기 위해 Penn과 University of Texas at San Antonio 팀은 물론 일반 과학계에서도 이 종을 중요한 연구 모델로 사용하도록 설정했습니다. 예를 들어, 마모셋은 여러 면에서 인간과 유사한 인지 기능을 가지고 있으므로 신경 과학에서 새로운 통찰력을 얻을 수 있습니다.

생식계 발달에 가장 관심이 많은 Sasaki의 그룹에게 마모셋은 번식력뿐만 아니라 정상 및 비정상 발달 연구를 위한 새로운 길을 제시합니다.

“다음과 같은 보조 생식 기술의 임상 적용에 대해 생각할 때 체외 배우자 형성 과정에서 발생할 수 있는 많은 윤리적, 법적 및 안전 문제가 있습니다.”라고 Sasaki는 말합니다. “우리는 인간 임상 번역으로 이동하기 전에 탐구할 좋은 전임상 모델이 확실히 필요합니다.”

Kotaro Sasaki는 University of Pennsylvania School of Veterinary Medicine의 생의학 조교수입니다.

Yasunari Seita는 Penn의 수의과 대학에서 박사후 연구원입니다.

Sasaki와 Seita의 공동 저자는 Penn Vet의 Keren Cheng입니다. 샌안토니오의 텍사스 대학교 John R. McCarrey, Nomesh Yadu, Isamar Santana Toro, Li-hua Yen, Sean Vargas, Christopher S. Navara 및 Brian P. Hermann; 그리고 Texas Biomedical Research Institute의 Ian H. Cheeseman, Alec Bagwell 및 Corinna N. Ross. Seita와 Cheng은 공동 제1저자였으며 Sasaki, Navara, Hermann은 공동 교신저자였습니다.

이 연구는 Open Philanthropy Project(보조금 197906 및 10080664), National Institutes of Health(보조금 DA054170, HD090007, OD011133 및 MD007591) 및 National Science Foundation(보조금 1337513 및 2018408)의 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/02/230221132133.htm