책임저자 생화학교실 윤홍덕교수 제1저자 장현철 박사, 김태완 박사과정생 O-GlcNAc Regulates Pluripotency and Reprogramming by Directly Acting on Core Components of the Pluripotency Network Hyonchol Jang, Tae Wan Kim, Sungho Yoon, Soo-Youn Choi, Tae-Wook Kang, Seon-Young Kim, Yoo-Wook Kwon, Eun-Jung Cho, Hong-Duk Youn ▶ 효과적인 환자맞춤형 줄기세포 치료에 기여 줄기세포는 전분화능을 가지고 있어 원하는 종류의 세포로 분화 후 세포치료에 이용할 수 있다는 점으로 인해 뇌질환에서 당뇨병, 심장병에 이르기까지 많은 질병을 치료할 수 있는 대안으로 각광을 받고 있다. 특히 유도만능줄기세포는 환자의 피부세포에서 줄기세포를 만들 수 있기 때문에 면역이식 거부 반응이 없는 환자 맞춤형 세포 치료 및 그 줄기세포로부터 환자맞춤형 약을 개발할 수 있다는 점 등으로 많은 연구가 이루어지고 있다. 하지만 줄기세포의 전분화능과 유도만능 줄기세포의 형성과정 등의 분자수준의 이해가 많이 부족하여 실제적으로 환자에 세포치료를 하기까지는 많은 시일이 걸릴 것으로 예상된다. 이에 본 연구는 줄기세포의 후성학적인 조절 메커니즘 중에 하나인 오글루넥화(O-glycosylation)를 연구하게 되었는데, 이는 오글루넥화가 줄기세포의 유지 혹은 분화에 일정부분 영향을 준다는 몇몇 보고들이 있었지만, 구체적인 메커니즘에 대한 연구는 없었기 때문이다. 오글루넥화는 최근 세포내 영양상태에 따라 단백질의 기능을 후성학적으로 변형시켜 그 단백질의 기능을 조절하는 신호전달체계로 여겨지고 있다. 본 연구진은 줄기세포 유지/분화 과정 및 유도만능 줄기세포 형성과정에서 오글루넥화라는 신호전달체계를 통해 세포기능 조절과 연결될 것이라는 가설을 세웠다. 연구 결과 오글루넥화를 낮추면 줄기세포의 자기재생 (self-renewal) 능력이 낮아지고, 피부세포의 역분화 효율이 현저히 감소함을 확인하였다. 반대로 오글루넥화를 높이면 줄기세포 분화가 정상적으로 이루어지지 않고, 피부세포의 역분화 효율이 증가함을 관찰하였다. 분자수준에서 이 현상을 이해하기 위해, 줄기세포의 자기재생에 중요한 전사인자 및 유도만능줄기세포를 형성시 필요한 3개의 전사인자 (Oct4, Sox2, Klf4)에 초점을 맞춰 연구하였고, 그 결과 Oct4, Sox2 전사인자가 오글루넥화가 됨을 밝혔다. 특히 Oct4 단백질의 오글루넥화가 Oct4의 전사활성에 큰 영향을 주어, 오글루넥화가 되지 못하는 Oct4 단백질은 줄기세포를 유지하지 못할 뿐만 아니라 유도만능줄기세포 형성도 못한다는 것을 알 수 있었다. 따라서 본 연구는 줄기세포에서 오글루넥화의 역할 및 작용 메커니즘을 세계최초로 규명했을 뿐만 아니라 유도만능줄기세포 제작 효율을 후성유전학적 방법으로 증가시켰다는 점에서 큰 의의가 있다.