📜오늘 우리가 살펴볼 연구는?
Vento-Tormo, R., Efremova, M., Botting, R.A. et al. Single-cell reconstruction of the early maternal–fetal interface in humans. Nature 563, 347–353 (2018).
🔓단일 세포 분석 기법
연구에 대해 자세히 알아보기 전 사용된 단일 세포 분석 기법(Single cell analysis)에 대해 알아봅시다.
단일 세포 분석 기법은 각 세포의 유전체, 전사체, 단백체, 대사체 등 고유의 생물학적 정보를 얻을 수 있는 차세대 분석 기법이에요. 세포 한 개 단위에서 어떤 생물학적 변화가 일어나고 있는지 알 수 있답니다.
🪡 분석과정
1. 특정 세포 그룹을 단일 세포들로 각각 분리합니다
2. 분리된 단일 세포를 프라이머-비드에 결합합니다. 이를 통해서 각 세포마다 고유한 프라이머를 갖게 됩니다.
3. 세포를 분해해서 RNA를 추출하고 각각의 고유의 프라이머와 결합하게 됩니다.
4. 프라이머-비드에 결합된 RNA는 역전사를 통해 cDNA로 변환 후 분석한다.
🪢연구의 시작점
탈락막은 수정란이 착상할 때 자궁 내막이 변하는 막이에요.
프로게스테론의 영향으로 임신 초기에 형성되며 동맥이 연결되기 전까지 태아에 영양분을 공급하는 아주 중요한 역할을 해요.
수정란이 착상하게되면 EVT(태반 융모막 세포)가 탈락막을 침입해 동맥으로 이동해서 동맥의 평활근 층이라는 곳을 파괴함으로써 전도성 혈관으로 변화시킴을 통해 태아에 영양분을 공급할수 있는 기반이 돼요.
그렇기에 탈락막에서 세포들이 상호작용하는 과정은 임신 성공에 매우 중요합니다.
이 연구에서는 단일 세포 전사체들을 통해 탈락막과 모체에서 관여하는 세포들을 분석하고 리간드-수용체 복합체를 예측했답니다.
🪢실험 과정
먼저 태반, 태반막, 혈엑에서 샘플을 얻어요. 세포 수준으로 분리한 후 염색을 통해 면역세포와 비면역 세포로 분류합니다. 이때 세포 분류기를 통해서 분류해요. 마지막으로 각 세포의 RNA를 추출해서 유전 정보를 분석하였습니다.
⚡Result1
싱글 셀 분석을 통해서 세포군을 판별했어요! 총 30개의 클러스터를 확인할 수 있었답니다.
초록색으로 표시된 부분이 모체, 보라색으로 표시된 부분이 태아에서 유래한 세포입니다.
세포군의 유래를 알아봄으로 통해 태아의 EVT세포가 모체의 탈락막으로 침입함과 모체의 면역세포가 태반에 위치함을 알 수 있어요.
⚡Result2 영양막 세포 분화
영양막 세포의 분화에 대해서도 알아낼 수 있었어요.
영양막 세포는 수정란이 자궁 내막에 착상되면서 형성되는 세포에요.
영양막 세포는 EVT와 SCT로 분화함을 확인했어요
또한 어떤 유전자가 많이 발현하는지도 알 수 있는데요. EVT 분화중에는 면역조절, 세포 부착 및 침입과 관련된 수용체의 발현이 증가함을 확인했어요.
또한 상피-중간엽 전이를 활성화 시키는 수용체 발현 증가도 알 수 있었어요.
EVT 분화 중 발현한 유전자들 중 세 개를 살펴봅시다.
*ACKR2 , CXCR6 , TGFB1 을 아래의 그림에서 자주색으로 표현한 부분을 보면 EVT에서 VCT, SCT보다 더 많이 발현이 된 것을 확인할 수 있습니다!
상피-중간엽 전이는 EVT가 상피세포에서 중간엽 세포로 변화하는 과정이에요.
이를 통해서 EVT는 이동성과 침입성이 증가하게 된답니다.
만약 상피-중간엽 전이가 잘 되지 않을 경우 EVT 침입이 제대로 일어나지 않아 임신 중독증, 태아 성장제한 등의 문제가 생길 수 있어요.
⚡Result3 탈락막에서 기질세포
EVT는 탈락막 치밀층이라는 곳으로 침입해요 그 아래 탈락막 해면층에 과다분비성 샘이 있어 초기 배아에 영양을 제공할 수 있답니다.
탈락막을 구성하는 세포들도 관찰할 수 있었는데요, 두 개의 주변혈관세포집단과 세 개의 기질세포집단으로 나뉨을 확인하였습니다.
주변혈관세포의 경우 혈관형성인자 ANGPT1, VEGFA 등을 발현하여 혈관 형성에 중요한 역할을 함을 확인하였어요.
기질세포는 면역 반응을 억제하는 유전자가 발현됨을 확인하여 태반, 태아를 모체의 면역 공격으로부터 보호한다는 사실을 알 수 있었어요.
또한 탈락막의 NK세포가 EVT와 상호작용하는 분자들을 알아내어 탈락막 침입을 조절하고 다양한 면역 조절들을 함을 알 수 있었답니다.
⚡Result4. 세 가지 탈락막 NK 세포와 면역 변화
자주색으로 표시된 부분을 보면 EVT의 HLA-G분자와, dNK1세포의 LILRB1분자가 상호작용함이 표시되어있어요!
dNK1는 세포 다양한 수용체(KIR, LILRB1)를 통해 EVT와 상호작용하고 ATP를 아데노신으로 전환하여 염증을 억제함을 알아냈습니다.
dNK2 세포와 dNK3 세포는 XCL1을 통해 EVT 및 수지상세포(DC1)와 상호작용하며 dNK3 세포는 EVT 침입을 조절하고 면역 억제를 유도함을 알아냈어요.
🆕Discussion
이처럼 싱글 셀 분석을 이용해서 태아와 모체간 상호작용에 대해
알아봤습니다.
필수적인 탈락막 환경을 생성하기 위해 작동하는 다양한 분자적 및 세포적 메커니즘을 알아낼 수 있었어요.
앞으로 싱글 셀 분석을 통해 어떤 것을 더 알아낼 수 있을지 여러분도 궁금하신가요?😊
Reference
Vento-Tormo, R., Efremova, M., Botting, R.A. et al. Single-cell reconstruction of the early maternal–fetal interface in humans. Nature 563, 347–353 (2018). https://doi.org/10.1038/s41586-018-0698-6
우연덕(2024). 단일 세포 분석 기법에 대한 개요 및 이를 활용한 질병의 이해 및 신약개발 사례. BRIC View 2024-T02. Available from https://www.ibric.org/bric/trend/bio-report.do?mode=view&articleNo=9883058 (Jan 25, 2024)
🖊️작성자: 송채연(areca527@naver.com)
🌟밝히자, 바이오 세상🌟
🧪다음 글에서 만나요🧪
의견을 남겨주세요