원심력 기반 기술을 통한 마우스 지방조직 유래 역분화지방세포의 확립 및 특성 분석

Abstract

성숙한 지방세포에서 유래한 역분화지방세포(dedifferentiated adipocyte, DA)는 다분화능과 조직 재생 능력을 지닌 유망한 줄기세포 유사세포로 주목받고 있으며, 최근 재생의학 분야에서 중요한 연구 대상으로 부각되고 있다. 본 연구에 서는 원심력이라는 물리적 자극을 이용하여 마우스 지방조직으로부터 빠르게 유 도된 역분화지방세포(quick produced dedifferentiated adipocyte, qDA)를 확립하 고, 그 생물학적 및 전사체적 특성을 기존 유도 방식과 비교 분석하였다. 제1장에서는 기존 천장배양법과는 차별화된 원심력 기반 유도 기술을 개 발하였으며, 유도 시간과 세포 순수도 측면에서 기존 방법보다 우수함을 입증하였 다. 본 기술은 성숙 지방세포로부터 지질 방울 제거 및 섬유아세포형 전환을 효과 적으로 유도하였고, 수 시간 내에 높은 순도의 역분화세포를 안정적으로 확보할 수 있음을 실험적으로 확인하였다. 제2장에서는 qDA의 생물학적 특성과 줄기세포능을 평가하고자 성숙 지 방세포(adipocyte), 천장배양 유래 DA, 성체 지방줄기세포(ASC)와 비교 분석하 였다. qDA는 지방, 골, 연골의 세 계통 모두에 대해 분화능을 나타냈으며, 계통 특이 유전자인 Adipoq, Dmp1, Acan의 발현이 뚜렷하게 증가하였다. 또한, Oil Red O, Alizarin Red S, Aggrecan IHC 염색 등을 통해 기능적 분화 지표 또한 명 확히 관찰되었다. 제3장에서는 RNA sequencing 기반의 전사체 분석을 통해, qDA의 전사 체 재프로그래밍이 adipocyte 대비 광범위하게 일어났음을 확인하였다. 줄기세포 관련 유전자(Sox9, Grem1, Tgfb2, Tsc22d1), ECM 재구성 유전자(Fn1, Lox, Col2a1), 세포주기 및 EMT 관련 유전자(Mki67, Ccnd1, Tert) 등이 유의하게 상 향 조절되었다. qDA는 전사체 수준에서 ASC와 전반적으로 유사한 프로파일을 보 였으나, Notch1, Tcf7l2, Sfrp1 등 핵심 조절 유전자의 선택적 발현을 나타냈다. 또한 PI3K-Akt, Wnt, TGF-β, Hippo 등 줄기세포 조절 경로가 보존되거나 활성 화되었으며, 이러한 분자적 특성은 qDA의 분화능 및 증식능 실험 결과와 일치함 을 확인하였다. 본 연구는 원심력이라는 단순한 물리적 자극만으로도 기능적 줄기세포 유사세포를 지방세포로부터 수시간 이내에 유도할 수 있음을 입증하였으며, qDA 가 재생의학 및 세포치료제 개발을 위한 실용적인 세포원으로 활용될 수 있는 가 능성을 제시하였다. 키워드: 역분화지방세포, 원심력 유도, 지방줄기세포, 다분화능, 전사체 분석, 세포 치료제, 재생의학| Dedifferentiated adipocytes (DAs), derived from mature adipocytes, have recently garnered attention as promising stem cell-like candidates due to their multipotency and regenerative potential. In this study, we established a novel and rapid induction method using centrifugal force to generate dedifferentiated adipocytes (quick produced dedifferentiated adipocytes, qDAs) from mouse adipose tissue, and evaluated their biological and transcriptomic characteristics in comparison with conventional induction methods. In Chapter 1, we developed a centrifugal force-based induction technique distinct from the traditional ceiling culture method. This approach proved superior in terms of induction time and cell purity. Centrifugal force effectively induced lipid droplet removal and fibroblast-like morphological transition in mature adipocytes, enabling stable acquisition of high-purity qDAs within hours. In Chapter 2, the biological characteristics and stemness of qDAs were assessed by comparison with mature adipocytes, ceiling culture-derived DAs, and adipose-derived stem cells (ASCs). qDAs exhibited trilineage differentiation potential toward adipogenic, osteogenic, and chondrogenic lineages, accompanied by marked upregulation of lineage-specific markers such as Adipoq, Dmp1, and Acan. Functional differentiation was further confirmed through Oil Red O staining, Alizarin Red S staining, and Aggrecan immunohistochemical staining. In Chapter 3, transcriptomic profiling via RNA sequencing revealed extensive reprogramming in qDAs compared to adipocytes. Stem cell-related genes (Sox9, Grem1, Tgfb2, Tsc22d1), ECM remodeling genes (Fn1, Lox, Col2a1), and cell cycle/EMT-related genes (Mki67, Ccnd1, Tert) were significantly upregulated. Although qDAs showed overall transcriptomic similarity to ASCs, selective expression of key regulatory genes such as Notch1, Tcf7l2, and Sfrp1. Furthermore, activation or maintenance of stem cell regulatory pathways including PI3K-Akt, Wnt, TGF-β, and Hippo pathways was observed, consistent with qDAs' experimentally validated differentiation and proliferation capacities. In conclusion, this study demonstrates that a simple physical stimulus-centrifugal force can efficiently induce functional stem cell-like cells from adipocytes within hours, highlighting qDAs as a practical and scalable cell source for regenerative medicine and cell-based therapy applications. Keywords: dedifferentiated adipocytes, centrifugation, regenerative medicine, cell therapy, stem cell therapy