BRIC View 2019-C30 BRIC View 학회참관기 CSHL_Stem Cell Biology 2019 참석후기 최은비 Brigham and Women s Hospital, Harvard Medical School E-mail: echoi15@bwh.harvard.edu 요약문 2019년 9월 17일부터 21일까지, 미국뉴욕주, 콜드스프링하버 (Cold Spring Harbor, NY) 에서콜드스프링하버연구소 (Cold Spring Harbor Laboratory, CSHL) 가주최하는줄기세포학회 (Stem Cell Biology) 가개최되었다. 이번콜드스프링하버학회는 5번째로개최되는학회이며, 2년마다열리고있어이번해로 10년째이어지고있는비교적최근에생긴학회이다. 이번년도에는특히줄기세포의기초적특성연구와줄기세포와그의주변미세환경 (Microenvironment) 과의역동적인상호작용에학회의초점이맞추어졌다. 또다른주제로는줄기세포의성장, 분화, 줄기세포성의유지, 역분화등을조절하는기전연구가포함되었고, 최근에주목을받고있는초기배아발달과정, 조식재생과정, 그리고종양발생과정에서의다분화성세포 (Multipotent cells) 의조절도비중있게다루어졌다. 비교적작은규모의학회인만큼, 각세션의발표마다매우활발한질문과답변이오고갔다. 170명정도되는참석자들이매발표세션과포스터세션까지열정적으로참여하여작지만알찬분위기의학회였다. Key Words: : stem cell, multipotency, pluripotency, stem cell niche, cell heterogeneity, cell plasticity, organoid, reprogramming 목차 I. 주요발표내용 1. 9월 17일주요내용 a. Keynote Speaker: Luis Parada (Memorial Sloan-Kettering Cancer Center, US) b. Session 1: Stem cell regeneration 2. 9월 18일주요내용 a. Session 2: Stem cell transitions in vivo CSHL_Stem Cell Biology 2019 참석후기최은비 Page 1 / 16
b. Session 4: Organoid for modeling stem cell transition and disease 3. 9월 19일주요내용 a. Session 5: The Stem Cell Niche b. Session 7: Pluripotency and reprogramming 4. 9월 20일주요내용 a. Session 8: Stem cell differentiation in vitro for modeling disease b. Session 9: Stem cell epigenetics and transcription 5. 9월 21일주요내용 a. Session 10: Tissue engineering and stem cell mechanics II. 총평 < CSHL- 줄기세포학회포스터 > CSHL_Stem Cell Biology 2019 참석후기최은비 Page 2 / 16
Ⅰ. 주요발표내용 1. 9 월 17 일주요내용 a. Keynote Speaker: Luis Parada (Memorial Sloan-Kettering Cancer Center, US) 조직내에서아주작은군집 (Population) 을형성하고있는성체줄기세포 (Adult stem cells) 가악성종양발생에영향을끼칠수있는지에대해서는아직많은논란의여지가있다. 이번학회의키노트스피커로선정된 Luis Parada 교수는성체신경줄기세포 (Adult neural stem cells) 와초기전발생세포 (progenitor cells) 가뇌종양중하나인교모세포종 (Glioblastoma, GBM) 의기원이될수있다는것을규명한결과에대하여발표하였다. Luis 교수는 GBM이걸린마우스에서조직을분리하여 single cell RNA sequencing을통하여 population 분석을수행하였고, 이중에줄기세포특성을가진새로운 cell population을발견하였다. 이 cell population의유전자발현을분석한결과, 이 population은 151개의 mitotic gene과관련된유전자발현패턴을특징으로가지고있었고, 이결과가인간 GBM 환자의샘플에서도유의미함을확인하였다. 또한이와같은유전자발현패턴을통해서 GBM 환자들의세부유형을더욱더세밀하게분리할수있었으며, 이유형을기반으로하여특정 drug에대한반응성을예측할수있음을확인하였다. 그동안잘알려져있지않았던휴지기의줄기세포군집 (quiescent cell population) 이종양발생에매우필수적인역할을하며, 이작은수의군집의분석을통해서암환자의약물반응성까지검증할수있다는매우흥미로운연구결과를보고하였다. b. Session 1: Stem cell regeneration -Zebrafish chemical compound screen uncovers inducers of skeletal muscle engraftment across species (Sahar Tavakoli, Harvard University, US). 기관이식의효율을높이는것은임상적으로매우중요한과제이다. 골격근 (Skeletal muscle) 은매우특성화된섬유로이루어져있어조직재생과이식에있어매우효율이낮은조직인데, zebrafish 모델을플랫폼으로사용하여이골격근조직이식및재생에도움이되는화합물 (compound) 을스크리닝한결과를발표하였다. 총 230개의화합물을스크리닝한결과 Lysophosphatidic acid (LPA) 와 Niflumic acid (NFA) 라는두가지 lipid가골격근조직이식효율을크게향상시킨다는사실을밝혀냈고, 이약물의복합적사용은그효율을더욱증가시키는데기여함을확인했다. 또한, 마우스모델에서도이러한결과가동일하게적용되는것을확인하였고, 이를통하여두화합물의작용이임상적으로큰가능성이있음을확인하였다. CSHL_Stem Cell Biology 2019 참석후기최은비 Page 3 / 16
-Procr-expressing progenitor cells in pancreas islet (Yi Arial Zeng, Institute of Biochemistry and Cell Biology, Shanghai, China). Protein C receptor (Procr) 는 Ovarian epithelium이나 mammary epithelium과같은다양한조직에서성체줄기세포를나타내는마커단백질로알려져있다. Procr는본래 single pass transmembrane protein인데, 이것을발현하는세포는뛰어난재생능력을가진다. 또한, lineage development 과정에서다분화성 (multipotent) 을나타낸다는것을본교수팀에서밝힌바있다. 이번발표는이 Procr가 pancreas islet에서도성체줄기세포의마커단백질로기능할수있다는연구에관한것이었다. 이교수는 single cell RNA sequencing을통하여 pancreas islet을분석한결과, Procr + 인새로운 cell population을분리했고, 이 population이 Epithelial-Mesenchymal transition (EMT) 과관련된유전자발현패턴을가지고있음을발표하였다. 이세포를분리하여 organoid를형성해본결과 Procr - 인세포에비해월등히우수한 organoid 형성능력을나타내었으며이 Procr + organoid를당뇨를가진마우스에이식한결과당뇨의증상을향상시키는효과를확인할수있었다. 줄기세포성을가진성체줄기세포 population의유전자발현적특징을규명하고이를통하여질병치료까지응용가능성을제시한매우흥미로운연구였다. -Regeneration of tendon pattern through the recruitment of progenitor cells from neighboring connective tissues (Jenna L. Galloway, MGH, Harvard Medical School, US). 힘줄 (Tendon) 의 progenitor 세포는아주조직적으로짜여진매트릭스속에쌓여진구조로되어있기때문에힘줄의재생은매우느리고완벽하게완성되기어렵다. 힘줄이재생되기위해서는 progenitor 세포를주변조직으로부터모집하는과정이필요한데, 이과정에관한연구는잘밝혀져있지않았다. 본발표자는 zebrafish 모델을이용하여 BMP signaling이 attachment junction 부분에서발현되고힘줄재생에필수적인역할을한다는것을발견하였고, Scxa + cell이 BMP signaling의자극을받아주변조직의 progenitor 세포로부터모집되어힘줄재생에매우중요한역할을한다는내용을발표하였다. < 학회장모습 > CSHL_Stem Cell Biology 2019 참석후기최은비 Page 4 / 16
2. 9 월 18 일주요내용 a. Session 2: Stem cell transitions in vivo -Regeneration of the lung alveolar niche (Edward Morrisey, University of Pennsylvania, US). 폐는 damage나 injury에의해손상을입어도비교적재생이잘되는기관중하나이다. 본발표자는이러한폐재생과정에서세포와세포간의상호작용이매우중요한역할을하며, lung alveolar niche가중요하다는연구결과를보고하였다. single cell RNA sequencing을통하여 lung epithelium의 cell population을분석한결과, mouse가 E17.5가되기전 lung epithelial cell이 AT1과 AT2 cell로분류될수있음을확인하였다. 이중에 AT2 cell이성체폐기관에서 Alveolar epithelial progenitor (AEP) cell이되는것이고, 이것이 epithelial alveolar niche를유지하여바이러스감염같은급성의손상이일어날경우폐의재생을촉진하는데중요한역할을한다는것을규명하였다. 또한이러한폐재생작용은 AEP가다른세포들과세포-세포상호작용 (cell-cell crosstalk) 을통해폐세포들의생성을촉진함으로써이루어진다는흥미로운기전역시보고하였다. -Dynamic uni- and multi-potent progenitors contributes to airway glandular tissue regeneration (Yoshihiko Kobayashi, Duke University, US). 이발표자역시폐상피세포의 cell type을 single cell RNA sequencing을통하여분석한결과를발표하였다. Lung epithelium 내에는 submucosal glands가존재하고이것은다시 serous cell과 mucous cell로나눌수있는데이연구팀은 serous cell을다시 3 종류의세포타입으로세분화하였고, 그중 2가지세포의특성을더심도있게분석한결과를발표하였다. 또한 Naphthalene을이용한 injury model에서새로운 sero-mucous cell population이세포재생을위해새롭게생성된다는사실을밝혀서조직재생에서의 dynamics에대해보고하였다. -Development of chemosensory tuft cells in the distal lung after severe influenza injury (Andrew E. Vaughan, University of Pennsylvania, US). 심각한인플루엔자발병이일어나면이로인해폐에도심한손상을입을수있는데, 이과정에서 tuft cell이라는특정세포의형성이유발된다는것을보고하였다. 인플루엔자발병은만성적인염증반응을일으킬수있다. 이것은 type2 immune environment와유사한특징을보이며, type 2 mucosal immunity에필요한것으로알려진 tuft cell이이폐손상과정에서도조직재생에중요한역할을할수있음을발표하였다. CSHL_Stem Cell Biology 2019 참석후기최은비 Page 5 / 16
-Epigenetic mechanisms of cellular plasticity and reprogramming to totipotency (Maria-Elena Torres-Padilla, Helmholtz centre Munich, Germany). 이발표자는초기포유류발생에서의후성유전학적기전에대해발표하였다. 현재많은연구자들이주로사용하고있는줄기세포는 pluripotent cell로서, 이는다분화성 (multipotency) 을가지고있을뿐전분화성 (totipotency) 을가지지는못한다. 따라서이연구팀은전분화성을가진세포를유도하거나만들어낼수있는지에대한질문을가지고연구를진행하였다. 그결과, 2cell like cell (2CLC) 이라는전분화성에가까운특징을가지고있는세포의상태를발견하였고, 이에대한특성을분석한결과를보고하였다. 2CLC는줄기세포성을유지시키는 OCT4, SOX2, PRDM14 같은주요인자들의발현이낮아져있었으며, 다섯가지의주요한 chromatin pathway가 2CLC의발생및유지에중요하다는사실을규명하였다. 특히, chromatin assembly에관여하는인자인 CAF1의발현저해시, 2CLC의발생을더촉진시킬수있음을확인하였다. 또다른흥미로운사실은 2CLC는보통배아줄기세포에비해 DNA replication 속도가느려져있다는것이었다. 또한 DNA replication을조절하는인자를인위적으로조작하여배아줄기세포에서 DNA replication 속도만낮춰도 2CLC를유도할수있다는사실을밝혔다. 이러한연구를통해후성유전학적조절이줄기세포의전분화성과연결될수있으며, 이렇게유도된전분화성의줄기세포를통해다양한임상적시도를할수있다는가능성을제시하였다. < 9 월 18 일점심에진행된발표자와의점심식사 > CSHL_Stem Cell Biology 2019 참석후기최은비 Page 6 / 16
b. Session 4: Organoid for modeling stem cell transition and disease -Gene signatures and stemness in the liver controlled by local Wnt signals (Roel Nusse, Stanford University, US). 성숙한간세포는 diploid에서 polyploid를갖는특성을보이는데, 이는 cell cycle 중특히 mitosis 과정에서많은오류가생기기때문으로알려져있다. 본발표자는간의 postnatal growth 과정을 single cell RNA sequencing으로분석을하였고, 이를통해간세포가 9 layers 혹은 zones으로구성되어있다는결과를발표하였다. 그중 peri-central cell의 marker인 Tbx3가간세포의 polypoid 에기여한다는사실을규명하였는데, Tbx3의발현을저해하면세포성장속도가감소하고 ploidy가증가한다는것을확인하였다. 이연구팀은 in vivo 시스템을통해서발견한사실을 in vitro culture system에서검증하였는데, Tbx3가작용하는과정에서 Wnt signaling이또중요한역할을한다는것을확인하였다. 그리고세포가조직을형성하는과정에서 short-range niche signal의중요성을검증했다는중요한발견을보고하였다. -Extra-embryonic endoderm cells induce neural tubes and increase complexity in gastruloids (Noemie N. Berenger-Currias, Leiden University, the Netherlands). Gastrulation과 Neurulation은발생과정에서매우중요한과정이지만, 그단기적인존재기간의특성상 in vivo 에서연구하기가매우어렵기때문에, in vitro model로구현하는것이매우중요하다고할수있다. 배아줄기세포 aggregate에 CHIR을처리했을시, gastruloids model을만들수있다는보고가있다. 하지만실제 in vivo 상에서배아는 extra-embryonic tissue로부터중요한 signaling cue 받는다는점에서실제상황을충분히모방하지못한다는한계가있었다. 본연구팀은 extra-embryonic endoderm (XEN) 의기능을연구하기위하여, 배아줄기세포와 XEM cell을이용하여 gastruloids model을구축하여 primitive endoderm enhanced gastruloids (PEG) 를형성시킬수있다는연구를보고하였다. PEG 모델을확립한후이를 single cell RNA seq를통해분석한결과, 기존의 gastruloids model보다더많은셀타입의다양성을지니고있었고 PEG를통해분화된세포는 in vitro culture system을통해분화된세포에비해더욱향상된유전자발현패턴을나타냄으로써 PEG 가기존보고된모델에비해향상된모델로기능할수있는가능성에대해발표하였고, gastrulation 과정에서 XEN의중요성에대해서도제시하였다. -Cerebral Organoids-Modelling human brain development and tumorigenesis in stem cell derived 3D culture (Juergen A. Knoblich, Institute of Molecular Biotechnology, Vienna, Austria). 지카나허피스바이러스등은태아의뇌에심각한손상을일으키는것으로잘알려져있지 만, 이것이어떤기전을통해서저해및방어될수있는지는아직까지잘알려지지않았다. 보통안 티바이러스방어기작으로는 interferon system 이알려져있다. 그맇지만, human 배아줄기세포나 CSHL_Stem Cell Biology 2019 참석후기최은비 Page 7 / 16
embryo 상태로는이러한 interferon 시스템이잘유도되지않기때문에, 태아상태에서이러한바이러스에의한뇌손상이효과적으로방어되지못하는것이다. 이발표자는 phospho-irf3가바이러스에반응하여 interferon 생성을유도할수있으며, brain organoid 모델을이용하여 phosphor-irf3가 nuclear에잘 accumulation 되지못할때 interferon 생성이지연될수있음을밝힌결과를발표하였다. 또한이러한 IRF3를통한 interferon 생성을강화시켜주었을때, 바이러스에대한방어기전이강화됨을확인하였다. 또한 organoid 생성자체에는큰영향을주지못함을확인하여바이러스에의한뇌손상방어기작으로써가능성을보고하였다. 3. 9 월 19 일주요내용 a. Session 5: The Stem Cell Niche -Functional diversity within the human haematopoietic stem cell compartment at homeostasis and under stress (Elisa Laurenti, University of Cambridge, UK). Haematopoiesis는 single haematopoietic stem cell (HSC) 과 progenitor cell 간의균형상태에서이루어진다는것으로알려져있다. 본발표자는그동안잘알려져있지않았던 HSC의 non-classical stem cell population에대해발표하였다. HSC를 in vitro culture system에서배양하면, quiescent status의 cell population이존재하게되는데이러한 quiescent 상태의셀상태를적정수준으로유지하고조절하는것이 HSC 전체 cell pool을유지하는데굉장히중요하다는것을보고하였다. -Foxl1-positive telocytes in the intestinal stem cell niche (Klaus Kaestner, University of Pennsylvania, US). 장상피세포의줄기세포성은 Wnt signaling에의존하는것으로알려져있다. 따라서 Wnt signaling관련유전자인 APC의 mutation이일어나게되면 colon cancer가발병하게된다. 이러한장상피세포발달과정에서의 Wnt 단백질의근원은어떤세포가되는지밝히기위해 single cell RNA seq을진행하였고, Foxl + telocyte라는세포가그근원이될수있다는연구결과를발표하였다. Foxl + cell은아주적은수의 population을유지하고있고, gastrulation 과정에서 mesoderm에가까운 endoderm에위치하고있었다. 또한이세포는다른세포에비해굉장히큰세포의크기를나타내었다. 이 Foxl + cell로부터나온 Wnt는발생과정과성체장상피세포에서줄기세포성을유지하는데매우중요한역할을하고있었고, 이러한 Wnt를생산함으로써 Foxl + cell이장상피세포 niche를형성하는데필수적인역할을한다는결과를보고하였다. CSHL_Stem Cell Biology 2019 참석후기최은비 Page 8 / 16
-Stress-mediated hyperactivation of sympathetic nerves drives melanocyte stem cell depletion (Ya-Chieh Hsu, Harvard University, US). Stress를받으면흰머리가유발된다는사실은상식적으로매우잘알려진사실인데, 이연구팀에서그기작에대해규명하여발표하였다. melanocyte stem cell (Mesc) 과 hair follicle stem cell (HFSC) 은머리카락의색을형성하는데매우중요한성체줄기세포인데, 스트레스를받게되면 Mesc의손실이일어나게되고이로인해머리카락의색이바뀌어흰머리가생성된다는사실을최초로밝혀보고하였다. 이것은주변의면역세포와의상호작용과는관계가없었고, 교감신경 (sympathetic nerves) 에작용하는호르몬과연관이되어있다는사실또한밝혔는데, 이러한호르몬으로는 corticosterone과 norepinephrine 등이있었다. 마우스모델을사용하여이러한교감신경호르몬의투여만을통하여 Mesc의손실을유도하여검은쥐의털을흰색을바꿀수있다는재미있는결과를보고하였다. -Single cell reconstruction of stem cell lineages and their niche (Ruth Lehmann, HHMI and Skirball Institute, US). 본발표자는초파리 Gonad development 과정에서중요한 cell population인 Swarm cell을밝힌내용을보고하였다. Swarm cell은 adult ovary에서는존재하지않는, 발생과정에잠깐존재했다없어지는 cell population으로서, 그 population 크기가상당히큼에도불구하고지금까지특별한기능이알려지지않았다. 이연구팀은 single cell RNA seq 분석을통하여 Swarm cell 특정 transcript pattern이존재한다는사실을규명하였고, 그중에 Swarm cell이발현하는호르몬인 Ecdysone이 PGC differentiation을조절하는데매우중요하다는사실을보고하였다. 따라서발생과정에서 Swarm cell이한시적으로존재하며분비하는호르몬에의해서 PGC differentiation의 timing이적절하게조절된다는사실을발표하였다. -Pluripotency-dependent regulation of cell cycle in embryonic stem cells (Ali Shariati, Stanford University, US). 줄기세포내에전사인자 (Transcription factor, TF) 는특정시퀀스에 binding 하여유전자발현을활성혹은저해하게된다. 전사인자가결합하는특정시퀀스는유전자발현에매우중요하다. 따라서뱀의팔다리를조절하는유전자의 TF binding sequence를마우스에적용시, 마우스의팔다리가사라지게된다는보고는매우유명하다. 이발표자는 dcas9 테크닉을사용하여줄기세포의매우중요한 TF인 OCT4 binding sequence를파괴시켜 nanog 및그의타깃유전자의발현을조절하여배아줄기세포의 cell cycle 또한조절할수있음을보고하였다. CSHL_Stem Cell Biology 2019 참석후기최은비 Page 9 / 16
< 아름다운 Cold Spring Harbor Lab 캠퍼스 > b. Session 7: Pluripotency and reprogramming -Whsc1 links pluripotency exit and mesendoderm specification (Thomas Graf, Center for Genomic Regulation, Spain). CTCF는 cell fate conversion에서매우중요한것으로알려져있다. 특히 B cell에서 macrophage로분화하는과정에서전사적유전자발현패턴이전체적으로변화하는데, 이때 CTCF가중요한역할을한다는사실을보고하였다. CTCF는 sequence specific 하게 DNA에결합하는인자로알려져있는데, HiC 테크닉을이용해전체 genome의 TAD 분석을하게되면 TAD loop인 TAD border에 CTCF가주로결합한다는사실을확인할수있었다. 또한 CTCF의발현을저해시키게되면이 TAD border가약해지게되고이와같은 genome의 3D structure의변화는 macrophage로분화되는과정에서매우중요한역할을하게된다는결과를보고하였다. -The signaling foundations of human naïve pluripotency (Jacob H. Hanna, Weizmann Institute of Science, Israel). In vivo 상에서 pluripotency라는상태는매우한시적이지만또한역동적으로존재하게된다. 실험실에서이와같은 pluripotency를 in vivo와유사하게재현한다는것은실험적으로매우중요하며, 많은연구들이 in vivo pluripotency를 in vitro에서재현하고유지시키는기전을규명하고있다. 특히 mouse에비해 human 배아줄기세포를 naïve 상태로유지하는것은더어려운것으로알려져있다. 본발표자는기존에알려진 Wnt inhibitor나 Activin을대체할수있는다른저해제를이용함으로써, human 배아줄기세포를더욱 naïve상태로유지하는방법과기전을연구하여발표하였다. 이연구팀은 Tankyrase 와 Src inhibitor를 Wnt inhibitor와 Activin 대신사용한후줄기세포성을분석한결과, in vivo 상태에더욱가까운줄기세포를얻어낼수있었다. 그리고 Erk inhibitor를대체하여 CSHL_Stem Cell Biology 2019 참석후기최은비 Page 10 / 16
notch inhibitor 를시도한결과 DNA methylation pattern 이나 imprinting pattern 이 in vivo 상태와더 욱유사하게만들수있다는결과를발표하였다. -In vitro capture of embryonic rosette-stage pluripotency-a novel naïve-primed pluripotency intermediate displaying a unique epigenome (Derk ten Berge, Erasmus MC University Medical Cencer, the Netherlands). 보통 embryo의 in vitro 상상태를정의할때, E4의 Blastocyst를 naïve 상태, E6.5의 Epiblast 를 primed 상태로정의한다. 본발표자는 E4와 E6.5 사이의 E5 의상태를새로운 naïve-primed의중간단계인 Rosette stage로정의하고 in vivo 상태에서의 Rosette stage의특성을분석하여발표하였다. Rosette stage의유전자발현패턴을분석한결과 naïve에서발현되지않던 Otx2가 Rosette에서는발현되었고, Klf4 같은경우는 naïve, Rosette에서는발현되지만분화된세포에서는발현되지않았다. 또한 naïve 에서 primed로전환되는과정에서중요하다고알려진 Wnt 와 Mek signaling이, 사실은 Wnt는 naïve에서 Rosette으로, Mek은 Rosette에서 primed로전환되는데중요하다는사실로좀더세분화될수있음을보고하였다. 또한 in vivo 상태에서 rosette stage에중요한인자들을이용해 in vitro에서 rosette-like stem cell을확립하여 in vivo Rosette와그특성이비슷하다는결과역시발표하였다. 4. 9 월 20 일주요내용 a. Session 8: Stem cell differentiation in vitro for modeling disease -Cell identity conversion and liver regeneration (Lijian Hui, Shanghi Institute for Biological Science, China). 간은재생이잘이루어지는기관중하나이다. 그러나 hepatocyte는 culture 상에서유지나확장하는것이어려운세포이기때문에, 배아줄기세포나역분화줄기세포등을이용해 hepatocyte 를분화시켜사용하기도하며, 최근에는 fibroblast 등과함께 3D organization을만들어배양하기도한다. 이연구팀은 hepatocyte를 3D organoid로배양하는것에성공하였으며, big machine을이용하여배양하여실제 acute liver failure를가진돼지에이식하는것에성공하였다. 그리고임상적으로도응용하기위해준비중이라는상황을보고하였다. -An in vitro human segmentation clock model derived from embryonic stem cells (Li-Fang Chu, Morgridge Institute for Research, US). 이발표자는 human segmentation clock 의 in vitro 모델에대해발표하였다. 사람과마우스는 특정한 segmentation clock 을가지게되는데, 마우스와사람은 development process 는비슷하지만, CSHL_Stem Cell Biology 2019 참석후기최은비 Page 11 / 16
그 timing은상당히다른것으로알려져있다. 본발표자는 human segmentation model을사용하여 human 줄기세포를 mesoderm과 somite cell state로분화시킨후, 30분마다 12시간동안샘플을채취하여 bulk RNA seq으로분석을하였다. 그결과, somitogenesis gene인 NOTCH와 EMT signaling이 somite marker가나타남과동시에매우급격하게발현이감소하는것을발견할수있었다. HES7 유전자를과발현시켜 NOTCH signaling의조절을저해시켰더니이 segmentation timing을저해시킬수있다는실험을통하여 NOTCH signaling이 human segmentation clock에매우중요한역할을한다는사실을발표하였다. -Forward genetic screens in hpscs to interrogate endoderm and pancreatic differentiation (Danwei Huangfu, Memorial Sloan Kettering Institute, US). 이발표자는 pancreatic development를 human 줄기세포와역분화세포를모델로이용하여연구한결과를발표하였다. Human 줄기세포를 endoderm으로분화시킨후, CRISPR/Cas9 테크닉을이용하여스크리닝을진행하였다. 그결과, EOMES가 endoderm differentiation의 positive 조절인자역할을하고 JNK가 negative regulator로서관여한다는사실을밝혔고이를발표하였다. 또한줄기세포가 endoderm으로분화하는과정에서 TGF-beta가중요하다는사실을기반으로줄기세포와 endoderm 분화세포의 SMAD2/3의 ChIP-seq과 motif analysis를비교한결과, 줄기세포에서 endoderm으로분화할수록 OCT4/NANOG motif에서 SMAD와 GATA motif로 SMAD2/3 binding pattern이변화한다는사실을보고하였다. b. Session 9: Stem cell epigenetics and transcription -Role of transcription factors in 3D genomic reorganization during cell fate transitions (Effie Apostolou, Weil Cornell Medicine, US). Cell fate transition은 global transcriptional, epigenetic, 그리고 topological change에의해서조절되는것으로알려져있다. 세포가분화되거나혹은역분화되는과정에서전사인자가어떻게유전체구조를조절하여그타깃유전자의발현을조절하는지는아직많이밝혀진바가없다. 이발표자는역분화줄기세포를모델로사용하였다. 그리고 H3K27ac HiChIP과 KLF4 HiChIP을사용하여역분화과정에서전사인자가어떻게유전체의구조를조절하는지그리고그것이유전자발현조절과어떻게연관되는지밝혀발표하였다. 특히 KLF4같은경우역분화과정에서 3D enhancer reorganization에관여하며, KLF4의발현저해시, enhancer간의상호작용이감소하는것을확인하였다. 또 KLF4의 binding site 부위의파괴만으로도 enhancer hub 전체의저해를일으켜타깃유전자들의발현이감소할수있음을확인한결과를보고하였다. CSHL_Stem Cell Biology 2019 참석후기최은비 Page 12 / 16
-Polycomb complexes redundantly maintain epidermal stem cell identity during development (Elena Ezhkova, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, US). Polycomb complex는 PRC1과 PRC2 등두가지로구성이되는데, 이발표자는 skin epidermis를모델로하여 PRC1과 PRC2의새로운 functional redundancy에대해연구한내용을발표하였다. Epidermal stem cell에서 PRC1 이나 PRC2를따로 knockout 시킨경우에는분화능력에문제가없고, 정상적인 epidermal barrier를형성시키는반면, PRC1과 2가동시에없는경우에는 non-epidermal lineage transcription factor의 de-repression이일어난다. 결과적으로, epidermal fate determinant gene들이제대로발현될수없기에 epidermal lineage의분화또한잘이루어지지않았다. 이러한결과를통해 PRC1 PRC2 각각독립적으로, 혹은합동으로기능함으로써줄기세포가정상적인 cell identity를갖는데중요한역할을한다는사실을보고하였다. -Molecular, Spatial and functional single-cell profile of the maternal fetal interface (Jian Shu, Broad Institute, US). 태반 (Placenta) 은성공적인임신과태아발생을위해매우중요한기관이지만, 이것의 cellular architecture에대해서는많은연구가이루어지지않았다. 이연구자는실험적인방법과또한컴퓨터프로그래밍적방법을바탕으로태반의 single-cell atlas를밝혔으며, 이것을통해태반의세포들과면역세포간의상호작용에대해밝힐수있었다. 이와같은태반의 cellular architecture 정보를통해, 앞으로태반발달에대한연구와태반과주변면역세포간의상호작용등에대해더욱자세히규명할가능성에대해보고하였다. < 마지막저녁만찬 > CSHL_Stem Cell Biology 2019 참석후기최은비 Page 13 / 16
5. 9 월 21 일주요내용 a. Session 10: Tissue engineering and stem cell mechanics -Regulation of epidermal stem cell fate through niche-derived factors and forces (Sara A. Wickstrom, University of Helsinki, Finland). 줄기세포의행동은주변환경의 topology와 mechanics에의해결정되며 stress나 strain이줄기세포의유지와분화에직접적영향을끼칠수있다. 이발표자는다양한주변환경에의해서줄기세포의특성이변화된다는결과를보고하였다. 하나씩떨어져있는세포보다는빽빽하게배양된세포가더잘분화되는특성을보였으며, 이는 cell-cell adhesion force와 cortical tension 등에의해결정된다는결과를발표하였다. 또한, mechanical stress를준후 RNA seq을통해서유전자발현을분석해본결과많은유전자들의발현이저해된것을확인하였고, 이것이 H3K27me3와관련이있다는것을확인하였다. 또다양한 tensional state는분화의 threshold를다양하게변화시킨다는것을확인하였고, 이것은단순히 chromatin 자체구조뿐아니라 nuclear architecture의변화에의해서유발된다는결과를보고하였다. -In vitro generation of structural and functional heart organoids from mouse embryonic stem cells (Jiyoung Lee, Tokyo Medical and Dental University, Japan). 심장의발달을모델링하는것은, 아주복잡한것으로알려진심장발달과정을이해하는데아주큰도움이된다. 하지만지금까지심장발달과정의모델은잘알려지지않았다. 이연구자는 mouse 배아줄기세포를이용하여심장의발달과정을모방할수있는모델을개발하였고, 이에대한내용을발표하였다. 먼저마우스배아줄기세포를이용해 embryonic body를만들고, Laminin-entactin (LN/ET) complex와 fibroblast growth factor 4(FGF4) 를이용하여 3D culture를하게되면 10-15일후에 heart organoid가생성되는프로토콜을개발하였다. 이 organoid는단순히세포의결합체가아닌 atrium과 ventricle 구조를형성하고, cardiac muscle, Purkinje cells, endothelial cell 등실제심장을구성하는세포들로구성되어있음을확인하였다. 또한유전자분석을한결과실제심장과매우흡사한유전자발현패턴을나타내었으며, 무엇보다칼슘이미징을해본결과 myocardial contraction 과함께 autonomous beating을나타냄을통해제대로기능을하는심장을모방하는모델로사용될수있음을검증하였다. CSHL_Stem Cell Biology 2019 참석후기최은비 Page 14 / 16
II. 총평 2019년 9월 17일부터 21일까지 5일에걸쳐진행된이번 CSHL-Stem cell Biology 미팅은 170명정도되는작은규모에도불구하고매우열정적이고활발한분위기속에진행되었다. 이번미팅에서가장주목을받았던주제는 cell population heterogeneity였으며, 가장많이사용된테크닉은 single cell RNA sequencing이었다. In vivo를모델로사용하는연구자들의경우아주적은 population을이루고있는줄기세포를분리혹은분류하여연구하는것에많은어려움을겪고있었는데, 최근 NGS 기술의발달로 single cell RNA sequencing 기술이상용화되면서각자의모델과기관에서새로운 cell population type을밝혀내고, 그작은 population의전유전자발현분석을하게되면서새로운마커나 signaling pathway들을밝혀내는연구들이다양하고매우빠르게진행되고있음을알수있었다. 이번학회의 In vitro culture system에서의가장돋보였던주제는 genome 3D structure 또는 architecture에대한연구였다. 기존에활발히연구되어왔던 OCT4, SOX2, KLF4 등주요전사인자에의한 pluripotent gene network에연구에더해서, enhancer 간 interaction이나 gene network 의 3D적접근에대한발표가많이있었고, CRISPR-Cas9의발달에힘입어유전자자체를편집하는것을넘어전사인자의 binding site에대한편집으로 pluripotent gene network를더욱미세하게조절하는연구들이매우흥미로웠다. 그리고많은연구자들이 in vivo나동물모델등의한계점을극복하기위해 Brain, Liver, Heart 등다양한기관의 organoid를구축하는연구를발표하였는데, 각각의 organoid들이사람의발생, 발달과정이나혹은성체상태를매우유사하게모방할수있다는사실이놀라웠다. 그리고어떤연구자는 culture system을통해키운 organoid를직접이식하여질병을치료하는데사용할수있다는가능성을발표하기도하였다. 최근다양한생물학적기술발전과, 그에따른줄기세포분야의발전을학술적인부분에서부터실제임상에응용될수있는부분까지다양하고심도있게다루었던좋은학회였다고생각된다. < 캠퍼스곳곳에있는생물학관련동상들 > CSHL_Stem Cell Biology 2019 참석후기최은비 Page 15 / 16
The views and opinions expressed by its writers do not necessarily reflect those of the Biological Research Information 최은비 (2019). CSHL_Stem Cell Biology 2019 참석후기. BRIC View 2019-C30. Available from https://www.ibric.org/myboard/read.php?board=report&id=3383 (Dec. 05, 2019) Email: member@ibric.org CSHL_Stem Cell Biology 2019 참석후기최은비 Page 16 / 16