Characterization of Genes Specifically Expressed in Embryonic and Cancer Stem Cells

Abstract

ES cells are derived from the ICM of blastocyst and have ability of self-renewal, unlimited proliferation and pluripotency that differentiate into cells of all three germ layers. The stem cell genes such as Pou5F1 (Oct4, Oct3/4), Sox2, Nanog, LIN28, KLF4, Myc (c-Myc) act alone and interact with each other for mainintaining the stem cell state. These genes have been already studied well. The emergence of new genes and the interaction with new genes can enhance research in the stem cell field. Some studied show that human embryonic stem cell genes are expressed in several cancer cells. Cancer cells or cancer stem cells have the similar characteristics. In order to understand the mechanism of the similar characteristics such as self-renewal, the development potential and the enhancement of proliferative ability, we find OR that is expressed in both stem cells and cancer cells using DDD. We make OR overexpressed in the human neural stem cells with the natural existence of OR expression accessory protein. This OR changed cell cycle indicating that OR acts as a regulatory member of cell cycle control system. This study is the clue to understand the basic mechanism of cell cycle control system of ES cells and cancer cells. Futhermore it can contribute in the field of ES cell and cancer cell research and therapy.

포유류의 배반포에서 유래한 배아줄기세포의 세가지 큰 특징은 자가증식 할 수 있고, 체세포나 생식세포 등 모든 형태로 분화가 가능하다는 점과 끊임없이 분열 할 수 있는 증식능력이다. 이러한 배아줄기세포의 능력은 Pou5F1 (Oct4, Oct3/4), Sox2, Nanog, LIN28, KLF4, Myc (c-Myc)과 같은 유전자들이 스스로 혹은 상호 작용을 통해 유지된다. 이러한 주요 유전자는 이미 많은 연구가 이루어 지고 있는 바이며, 이 연구분야를 확장시키기 위한 새로운 유전자의 등장과 다른 유전자와의 상호작용에 대한 연구가 기대 되어지는 바이다. 최근엔 이 유전자들 중 Oct4, Nanog가 암세포에서도 발견 되어진다는 연구가 있다. 암세포에서 활발히 연구 되어지고 있는 대상인 암줄기세포는 줄기세포와 같은 특징을 공유한다. 줄기세포와 암줄기세포의 중복되는 유전자를 연구함으로써, 배아줄기세포뿐 아니라 암세포에 대한 공통된 특징이나 각각의 이해를 돕는 새로운 메커니즘을 제시한다. 우리는 Digital differential display (DDD)를 통해서 인간배아 줄기세포와 여러 가지 다양한 암세포들에서 공통적으로 발현하는 유전자 중 가능성이 높은 후각수용기의 한 유전자를 선택하였다. 이 유전자를 과발현시키기 위해 바이러스 벡터에 주입하였으며, 바이러스를 이용한 형질전환방법을 이용하였다. 이를 Mouse embryonic fibroblast cell, Human neural stem cell과 Human embryonic kidney cell에 주입하여, 세포주기를 측정하였다. 오직 Human neural stem cell과 Human embryonic kidney 에서만 세포주기가 변화되는데, 이는 후각수용기 유전자의 작용을 증폭시키는 보조 단백질인 Muscarinic receptor3가 세포 자체에서 발현되어지고 있기 때문에, 후각 수용기 유전자가 오직 Human neural stem cell과 Human embryonic kidney 에서만 세포주기에 영향을 미치고 있음을 알 수 있다. 인간배아줄기세포와 암세포에 공통적으로 발현되면서, 세포주기조절능력에 영향을 미치는 새로운 유전자에 대한 연구는 인간배아줄기와 암세포를 동시에 연구할 수 있는 단서를 제공하며, 이 세포들에 관한 연구와 치료에 있어 큰 공헌을 할 것이라 기대된다.