Human embryonic stem (hES) cells can be induced to differentiate into tyrosine hydroxylase expressing (TH+) cells that may serve as an alternative for cell replacement therapy for Parkinson's disease (PD). To examine in vitro differentiation of hES (MB03, registered in NIH) cells into TH+ cells, hES cells were induced to differentiate according to the 4-/4+ protocol using retinoic acid (RA), ascorbic acid (AA), and/or lithium chloride (LiCl) followed by culture in N2 medium for 14 days, during which time the differentiation occurs. Immunocytochemical stainings of the cells revealed that approximately 21.1% of cells treated with RA plus AA expressed TH protein that is higher than the ratio of TH+ cells seen in any other treatment groups (RA, RA+LiCl or RA+AA+LiCl). In order to see the differentiation pattern in vivo and the ability of in vitro differentiation-induced cells in easing symptomatic motor function of PD animal model, cells (2 10 cells/2) undergone 4-/4+ protocol using RA plus AA without any further treatment were transplanted into unilateral striatum of MPTP-lesioned PD animal model (C57BL/6). Following the surgery, motor behavior of the animals was examined by measuring the retention time on an accelerating rotar-rod far next 10 weeks. No significant differences in retention time of the animals were noticed until 2 weeks post-graft; however, it increased markedly at 6 weeks and 10 weeks time point after the surgery. Immunohistochemical studies confirmed that a reasonable number of TH+ cells were found at the graft site as well as other remote sites, showing the migrating nature of embryonic stem cells. These results suggest that in viかo differentiated hES cells relieve symptomatic motor behavior of PD animal model and should be considered as a promising alternative for the treatment of PD.

In the present study, embryoid bodies (EBs) obtained from induced pluripotent stem cells (iPSCs) were induced to differentiate into germ lineage cells by treatment with bone morphogenetic protein 4 (BMP4) and retinoic acid (RA). The results were compared to the results for embryonic stem cells (ESCs) and multipotent spermatogonial stem cells (mSSCs) and quantified using immunocytochemical analysis of germ cell-specific markers (integrin-, GFR-, CD90/Thy1), fluorescence activating cell sorting (FACS), and real time-RT-PCR. We show that the highest levels of germ cell marker-expressing cells were obtained from groups treated with 10 ng/ BMP4 or 0.01 RA. In the BMP4-treated group, GFR- and CD90/Thy-1 were highly expressed in the EBs of iPSCs and ESCs compared to EBs of mSSCs. The expression of Nanog was much lower in iPSCs compared to ESCs and mSSCs. In the RA treated group, the level of GFR- and CD90/Thy-1 expression in the EBs of mSSCs Induced pluripotent stem cells, Mouse embryonic stem cells, Multipotent spermatogonial stem cells, Germ cell lineage, Differentiation potential. was much higher than the levels found in the EBs of iPSCs and similar to the levels found in the EBs of ESCs. FACS analysis using integrin-, GFR-, CD90/Thy1 and immunocytochemistry using GFR- antibody showed similar gene expression results. Therefore our results show that iPSC has the potential to differentiate into germ cells and suggest that a protocol optimizing germ cell induction from iPSC should be developed because of their potential usefulness in clinical applications requiring patient-specific cells.

난자 및 정자형성과정은 성에 따라 차이가 일부 있지만 생식줄기세포 (germ-line stem cells)의 증식을 통해 그 수를 유지하고, 그 중 일부 또는 전부가 감수분열에 진입하여 생식세포인 정자와 난자를 생산한다. 따라서 생식세포의 형성과정은 세포의 증식과 성장, 분화 기작을 연구할 수 있는 매우 훌륭한 시스템으로 여겨져 과거로부터 많은 연구가 진행되어왔다. 더욱이 인간에서 보조생식술과 동물 생명공학의 발전을 통해 그 중요성은 더욱 커지고 있으나, 그 체외배양 모델시스템이 없어 최근까지의 연구에는 많은 어려움이 있었다. 과거에 많은 연구자들에 의해 생식세포의 배양, 정소와 난소의 기관 배양 등이 시도된 바 있으나, 대부분 단기간 내 성공일 뿐 장기간 배양에는 어려움이 있었다. 하지만 교토대학의 Shinohara 교수팀에 의해 체외에서 정원줄기세포의 장기간 증식 배양법이 확립되었고, 또 배양된 정원줄기세포가 정소 세정관 내에 이식을 통해 정자형성과정을 재현할 수 있음이 확인되어 이 분야의 연구와 응용연구는 활성화되기 시작했다. 또한, 최근 들어 배아줄기세포, 성체줄기세포와 같은 여러 종류의 전분화능 줄기세포에서 생식줄기세포 또는 생식세포로의 분화가 일부 성공됨에 따라 생식세포의 증식과 분화의 조절기작이 일부 밝혀지고 있다. 따라서 이러한 연구성과 는 현재까지 치료가 불가능한 비폐쇄성 무정자증환자의 불임치료 방법으로의 발전 가능성을 제시할 뿐 아니라 동물생명공학분야로의 응용가능성을 더욱 높여주고 있다. 본 연제에서는 실험동물과 인간의 줄기세포로부터 생식세포의 분화에 관한 최근 연구를 정리하고, 이를 이용한 기초연구, 산업, 임상치료에의 적용가능성을 제시하고자 한다.

간질환 환자의 대부분은 간 조직 손상으로 인해 간세포의 재생 능력이 감소한다. 간세포 이식은 이러한 간질환을 치료하는데 있어 혁신적인 방법으로 대두되고 있으나, 여전히 많은 의문과 문제점이 제기되고 있다. 사람의 양막으로부터 얻은 줄기 세포를 이용하여 간세포 분화를 위한 최적의 조건을 알아 보고자 하였다. 세포내 알부민에 대한 면역 화학적 방법, 세포내 글리코겐의 특이 염색법, 세포의 형태적 변화 연구 방법 등을 이용하여 여러가지 배양 조건을 조사한 결

As an effort to direct differentiation of human embryonic stem (hES, MB03) cells to dopamine-producing neuronal cells, Nurr1 was transfected using conventional transfection protocol into MB03 and examined the expression of tyrosine hydroylase (TH) after differentiation induced by retinoic acid (RA) and ascorbic acid (AA). Experimentally, cells were transfected with linearized Nurr1 cDNA in pcDNA3.1 (+)-hygovernight followed by selection in medium containing hygromycin-B (150 /ml). Expression of Nurr1 mRNA was confirmed by RT-PCR and protein by immunocytochemistry in the drug resistant clones. In order to study the effect of Nurr1 protein on the differentiation pattern of ES cells, one of the positive clones (MBNr24) was allowed to form embryoid body (EB) for 2 days and were induced to differentiate for another 4 days using RA (1 ) and AA (50 mM) (2-/4+ protocol) followed by selection in N2 medium for 10 or 20 days. After 10 days in N2 medium, cells immunoreactive to anti-GFAP, anti-TH, or anti-NF200 antibodies were 38.8%, 11%, and 20.5%, respectively. After 20 days in N2 medium, cells expressing GFAP, TH, or NF200 were 28%, 15% and 44.8%, respectively but approximately 9% of MB03 expressed TH protein when the cells were induced to differentiate using a similar prorocol, These results suggest that ectopic expression of Nurr1 enhances generation of TH+ cells as well as neuronal cells when hES cells were differentiated by 2-/4+ protocol.

약용으로 널리 이용되는 산수유(Cornus officinalisis)의 기내육종을 위한 기초 연구로 액아배양을 통한 기내 대량증식 가성을 검토한 결과, 1) 액아 배양에 적합한 배지로는 MS 배지와 DKW 배지가 77%의 신초형성율을 보여 가장 양호하였고 WPM과 GD배지는 다소 저조하였다. 2) 얻어진 기내 Shoot의 증식에는 DKW가 6.8개의 신초를 형성하고 신초장이 4.5cm, 엽수도 10.8개로 가장 우수하였고 B5 〉 GD 〉 MS 〉WPM의 순이었다. 3) Shoot 증식에 적합한 sucrose의 농도는 MS배지의 경우 3%가 좋았으며, 농도가 높아질수록 신초의 기내 생육에 제한적이었으며, 활성탄의 영향으로는 배지내 농도가 2 g / l 까지 증가할 수록 개체의 생육이 양호한 경향이었다. 4) MS배지의 경우 무기염류의 농도는 2MS에 비하여 1/4MS까지 낮아질수록 기내 생육에 적합하였다. 5) Shoot증식을 위하여 BA 0.5mg / l에 auxin을 종류별로 혼합 첨가한 결과 2,4-D 첨가구의 경우 Callus의 생장이 가장 왕성하였으나 Shoot 증식에는 극히 제한적이었고, IAA와 IBA 처리는 Callus가 전혀 유기되지 않는 반면 multiple shoot가 형성되었으며, NAA에서는 Callus형성과 Shoot증식 이 모두 이루어졌다. 6) 신초의 기내 발근유도 시험에서는 MS매지에 NAA 0.5mg / l 와 BA 0.5mg / l를 첨가한 처리에서 신초로부터 정상근이 분화 되었으나 5% 비율로 낮았다.

우리나라에서 고구마 장려품종인 홍미와 신미를 액아배양시 explant의 크기 NAA, BA 및 kinetin의 농도가 기관분화와 생육에 미치는 영향을 구명하고저 본 실험을 실시하였으며 실험결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 5mm되는 explant 배양이 2mm explant 배양보다 기관분화 및 생육이 좋았으며 홍미는 MS 배양에 NAA 0.1mg/ 와 kinetin 1mg/ 을 조합처리할 때 신미는 MS배지에 NAA 0.1mg/ 와 kinetin 1mg/ 을 조합처리할 때와 kinetin 1mg/ , BA 0.1mg/ 을 단독처리할 때 shoot의 분화가 좋았다. 2. 뿌리분화는 홍미와 신미가 비슷한 결과를 보였으며 NAA 0.lmg/ 와 kinetin 1mg/ 을 조합처이한 배지에서 뿌리수와 뿌리길이가 증가하였다. 3. BA의 농도가 증가함에 따라 비정상 식물체의 출현이 많았으며 한 개의 explant에서 여러개의 shoot의 길이가 짧았다. 4. 이차계대배양에서 shoot의 분화 및 생장은 NAA 0.1mg/ 와 kinetin 1mg/ 가 첨가된 배지에서 좋은 결과를 보였고 뿌리의 분화는 0.1 mg/ BA에 첨가된 배지에서 가장 효과적이었다.

감자의 생장점배양시 기본배지의 종류 및 기본배지에 첨가되는 2,4-D, NAA 및 Benzyladenine이 감자의 생장점으로부터의 기관의 분화 및 생장과 Callus의 유기에 미치는 영향을 구명하고져 본실험을 준행하였던 바 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 기본배지중에 Benzyladenine (BA)의 농도를 증가시킬수록 감자 생장점에서 유기된 경의 신장은 현저히 촉진되었으나 BA를 첨가함 배지상에서는 근 및 Callus는 전혀 유기되지 않았다. 2. NAA를 0.5ppm 이상 함유하고 있는 배지상에서는 경의 분화가 완전히 억제되었고 모두 Callus가 유기되었으며 NAA의 농도를 증가시킬수록 Callus의 생장은 촉진되었다. 3. 2.4-D 1.0ppm 이하 함유하는 배지상에서 경의 분화가 완전히 억제되었고 Callus가 유기되었으며 Callus 생장율은 2.4-D 농도가 높을수록 많았는데 2,4-D보다는 NAA 첨가배지사에서 Callus의 생장율은 현저한 증가를 보였다. 4. NAA만을 첨가한 배지상에서는 경의 분화 및 생장이 억제되었으나 BA와 NAA를 조합처리하였을 때는 NAA 0.01ppm에서보다 0.1ppm에서 경의 분화 및 생장이 현저히 증가되었으며 2,4-D와 BA의 조합처리에서도 같은 경향이었던 바 BA와 NAA 혹은 2,4-D의 조합처리시에는 경의 분화 및 신장이 촉진되는 방향으로의 교호작용이 현저하였다. 5. 엽편보다는 경편에서 Callus의 유기 및 생장이 양호하였으며 이들 경엽조직편으로부터의 Callus 유기 및 생장에는 NAA보다는 2,4-D가 더욱 효과적이 었다. 6. MS 표준배지보다는 MS배지의 농도를 12 로 희석하여 배지중의 무기성분 농도를 저하시킨 배지상에서 거의 경의 분화 및 신장이 현저히 촉진되었다. 7. 감자 생장점배양시 경의 유기 및 생장에는 MS 12 배지에 BA 1.0ppm 및 NAA 혹은 2,4-D 0.1ppm을 첨가한 배지가 가장 효과적이었다.