【브레이크뉴스 포항】박영재 기자=POSTECH(포항공과대학교)은 생명과학과 장지원 교수와 통합과정 양승복 씨가 기계적 자극에 대한 세포 반응을 조절하는 새로운 인자를 찾고, 관련 메커니즘을 밝히는 데 성공했다고 7일 밝혔다.

▲ 인간 배아줄기세포에서 세포 밀도의 차이에 따라 ETV4의 발현이 변하는 현미경 이미지  © 포스텍

이 연구는 세포생물학 분야 국제 학술지 중 하나인 ‘네이쳐 셀 바이올로지(Nature Cell Biology)’ 온라인판에 지난 3일 게재됐다.

세포성장인자인 인슐린(insulin)과 상피세포성장인자(EGF), 신경 전달 물질인 아세틸콜린(acetylcholine) 등 세포생물학 분야의 연구는 대부분 화학적인 자극에 대한 세포 반응 분석에 집중해왔다.

그런데, 세포는 이러한 화학 자극뿐 아니라 세포의 밀도나 크기, 주위 경도 등 기계적인 자극에도 특정 유전자가 발현되어 이에 반응하고, 또 생명을 유지하고 있다. 하지만 기계 신호 조절 인자가 어떻게 기계적 자극을 인지하는지 그 메커니즘에 대한 연구는 많이 부족한 상황이다.

이번 연구에서 연구팀은 세포의 기계적 자극 감지 · 반응 메커니즘을 연구하기 위해 배아줄기세포를 사용했다. 세포의 밀도를 조절하며 배양한 배아줄기세포의 전사체를 분석한 실험에서 연구팀은 ‘ETV4’라는 인자가 줄기세포의 밀도 변화를 감지해 분화를 조절한다는 것을 확인했다.

또한, 연구팀은 ETV4가 기계적 자극을 감지하는 메커니즘도 밝혀냈다. 세포 내 인테그린 수용체(integrin receptor)가 먼저 세포 밀도 변화를 감지했으며, 세포 표면에 있는 단백질 수용체(Fibroblast growth factor receptor, FGFR)의 세포 내 이입(endocytosis)을 조절해 ETV4 단백질 발현을 제어했다.

이 ETV4는 줄기세포 분화 과정에서 세포 밀도가 낮은 부위에서는 중·내배엽이, 밀도가 높은 경우에는 신경 외배엽이 형성되도록 조절했다. 연구팀은 세포 밀도 변화가 줄기세포 분화의 운명을 조절하는 핵심 요소임을 밝혔으며, 세포분화는 화학 신호 뿐 아니라기계적 신호에도 민감하게 반응한다는 사실도 확인했다.

이번 연구를 주도한 POSTECH 장지원 교수는 “줄기세포의 분화 조절에 있어서 기계적인 자극의 중요성과 ETV4라는 핵심 인자를 확인했다”며, “ETV4가 매우 중요한 암유전자(oncogene)이기 때문에, 기계적 자극을 통한 암세포 제어 기술 개발에도 큰 도움이 되길 바란다”는 기대를 전했다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단 바이오의료기술개발사업, 개인기초연구사업, 집단연구 기초연구실과 스마트 특성화기반구축 사업 지원으로 수행됐다.

<구글 번역으로 번역한 영문 기사의 전문 입니다. 번역에 오류가 있을 수 있음을 밝힙니다.>

 POSTECH Professor Jang Ji-won's team uncovers a hidden mechanism of cell response

POSTECH (Pohang University of Science and Technology) announced on the 7th that Professor Ji-won Jang of the Department of Life Sciences and Seung-bok Yang of the Integrated Course succeeded in finding a new factor that regulates cell response to mechanical stimulation and uncovering the related mechanism.

This study was published on the 3rd in the online edition of ‘Nature Cell Biology’, one of the international academic journals in the field of cell biology.

  Most research in the field of cell biology has focused on analyzing cell responses to chemical stimuli, including the cell growth factors insulin and epidermal growth factor (EGF) and the neurotransmitter acetylcholine.

However, cells respond to not only chemical stimuli but also mechanical stimuli such as cell density, size, and surrounding hardness by expressing specific genes, thereby maintaining life. However, research on the mechanism by which mechanical signal regulators recognize mechanical stimulation is lacking.

  In this study, the research team used embryonic stem cells to study the mechanisms of cells detecting and responding to mechanical stimulation. In an experiment that analyzed the transcriptome of embryonic stem cells cultured while controlling the cell density, the research team confirmed that a factor called ‘ETV4’ detects changes in the density of stem cells and regulates differentiation.

  Additionally, the research team also discovered the mechanism by which ETV4 detects mechanical stimulation. The intracellular integrin receptor first detected changes in cell density, and controlled ETV4 protein expression by regulating endocytosis of the protein receptor (Fibroblast growth factor receptor, FGFR) on the cell surface.

  This ETV4 regulated the formation of meso-endoderm in areas with low cell density and neural ectoderm in areas with high cell density during the stem cell differentiation process. The research team revealed that changes in cell density are a key factor in controlling the fate of stem cell differentiation, and also confirmed that cell differentiation responds sensitively to mechanical signals as well as chemical signals.

  Professor Jang Ji-won of POSTECH, who led this study, said, “We confirmed the importance of mechanical stimulation and a key factor called ETV4 in controlling the differentiation of stem cells.” He added, “Because ETV4 is a very important oncogene, cancer cells can be induced through mechanical stimulation. “I hope this will be of great help in the development of control technology.”

  Meanwhile, this research was conducted with the support of the National Research Foundation of Korea's biomedical technology development project, individual basic research project, group research basic laboratory, and smart characterization infrastructure construction project.