저산소 환경이 배아줄기세포의 미분화 상태 및 전능성에 미치는 효과를 알아보기 위해, 배아줄기세포를 저산소에 노출, 미분화 마커인 alkaline phosphatase (AP) 효소의 활성을 측정, 저산소 환경이 전사인자인 FOXD3,Oct4, SOX-2유전자발현에 미치는 효과에 대해 알아보았다. 전사인자들은 외부의 자극이 있는 때 유전자 발현을 On/Off 할 수 있는 '스위치' 역할, 즉 자가 재생 유전자를 활성화 시키고 분화 유전자는 억제 시킴으로써 배아줄기세포로 전능성을 유지하는 것으로 알려져 있으며 특히 활성 산소종에 의해 발생되는 lactate dehydrogenase 방출은 대조군에 비해 저산소 처리군에서 \( 40 \% \) 이상 증가한 반면, \( 30 \mu \mathrm{M} \) 의 우르솔 산의 처리는 LDH 방출을 정상수준으로 유의적으로 감소시켰다.따라서 우루솔산은 지속적인 저산소환경에서 발생된 배아줄기세포의 활성 산소종 발생을 막고, 산화적 스트레스를 억제하는 항산화제로서 그 역할을 할 것으로 생각된다.
<h1>결과 및 고찰</h1> <h2>저산소가 배이줄기세포 미분화에 미치는 영향</h2> <p>저산소 환경이 배아줄기세포의 미분화 상태 및 전능성에 미치는 효과를 알아보기 위해, 48시간 동안 배아줄기세포를 저산소에 노출시킨 후, 미분화 마커인 alkaline phosphatase (AP) 효소의 활성을 측정하였다. 흥미롭게도 배아줄기세포의 AP 활성을 나타내는 적자색의 콜로니들이 48시간 동안의 저산소 환경의 노줄에도 불구하고 계속 관찰됨을 알 수 있었다. AP는 phosphate monoester를 가수분해하는 특성을 가진 세포막 결합 효소로서 DNA가 합성되는것을 막아줄 뿐만 아니라, 주로 자가 재생과 분화를 조절하는 전사인자인 Oct4, SOX-2, Klf4, c-Myc 등의 발현 조절에 영향을 주어 배아줄기세포의 전능성을 유지하는 대표적인 마커로 알려져 있다. 저산소 환경이 배아 줄기세포의 자가재생과 분화를 조절하는 전사인자인 Oct4 (octamer-binding transcription factor 4), SOX-2 (sex determining region Y box-2), 그리고 FOXD3 (forkhead box family member) 유전자발현에 미치는 효과에 대해 추가적으로 알아보았다. 이러한 전사인자들은 일반적으로 외부의 자극이 있는 경우, 유전자 발현을 On/Off 할 수 있는 '스위치' 역할, 즉 자가 재생에 관련된 유전자를 활성화 시키고 분화 유전자는 억제 시킴으로써 배아줄기세포로 하여금 전능성을 유지하도록 하는 것으로 알려져 있다. Fig. 1A에서 보는 바와 같이, 배아줄기세포를 48시간 동안 저산소에 노출한 후에도 이들 미분화 유전자들의 mRNA의 발현 에는 차이가 나지 않았다. 따라서 이러한 결과는 48시간 동안의 저산소 환경은 배아줄기세포의 미분화상태 및 전능성을 유지하는데 있어서 유의적 영향을 미치치 않음을 알 수 있다.</p> <h2>저 산소가 세포 활성산소 생성 및 세포 손상에 미치는 영향 및 우르솔산 효과</h2> <p>한편 일반적으로 대부분 생물체의 정상적인 대사과정에서 불가피하게 발생되는 활성 산소종 \( \left(\mathrm{O}_{2} \cdot^{-}, \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{2}, \cdot \mathrm{OH}, \mathrm{NO}^{-}\right. \), \( \mathrm{ONOO} \) )은 생체 내에 존재하는 여러 항산화 효소에 의해 소멸되거나 제거되기 때문에 생명현상에는 큰 문제가 되지 않지만, 저산소환경을 포함한 여러 유해 인자로 인해 비이상적으로 과잉 생성된 활성 산소종은 세포막 지방의 산화, 단백길의 산화 및 변성, DNA 변성 등을 일으킴으로써 세포의 노화를 유도하거나, 세포의 증식을 억제시키거나 세포자살을 유도하여 배아발달 심각한 타격을 주는것으로 알려져 있다. Fig. 2의 형광염색사진과 이를 정량한 결과에서 보는 바와 같이, 배아줄기세포를 저산소 환경에 48시간 동안 노출시켰을때, 대조군에 비해 활성 산소종의 농도가 \( 70 \% \)이상 증가한 반면, \( 30 \mu \mathrm{M} \)의 우르솔산의 처리는 항산화제인 N-acetyl-cysteine (NAC) 전 처리한 것과 비슷한 수준으로 저산소에 의한 활성 산소종 증가를 현저히 감소시키는 항산화 효과를 보여주었다. 그러나 예비연구결과 낮은 농도(1과 10 \( \mu \mathrm{M}) \)의 우르솔산은 저산소에 의해 발생된 활성 산소종을 억제하지 못했다. 특히 활성 산소종에의해 발생되는 세포막 손상의 마커인 lactate dehydrogenase (LDH) 방출은 대조군에 비해 저산소 처리군에서 \( 40 \% \) 이상 증가한 반면, \( 30 \mu \mathrm{M} \) 의 우르솔 산의 처리는 LDH 방출을 정상수준으로 유의적으로 감소시켰다. 따라서 생리활성 물질로서 우루솔산은 지속적인 저산소환 경에서 발생된 배아줄기세포의 활성 산소종 발생을 막고, 이와 더불어 세포막 손상을 포함한 산화적 스트레스를 억제하는 항산화제로서 그 역할을 할 것으로 생각된다.</p>