닭 배아 후장에서 유래한 수축성 장기 오가노이드: 카할 간질 세포와 평활근 세포 간 조절 신호에 의해 조절되는 장 운동성 연구를 위한 새로운 모델

Core Concepts

장 오가노이드는 카할 간질 세포와 평활근 세포 간 조율된 신호에 의해 주기적인 수축을 보이며, 이를 통해 배아 장 운동성의 내재적 메커니즘을 이해할 수 있다.

Abstract

이 연구에서는 닭 배아 후장의 근육층에서 유래한 새로운 수축성 장기 오가노이드를 개발하였다. 이 오가노이드는 주기적인 수축을 보이며, 주로 카할 간질 세포와 평활근 세포로 구성되어 있다. 내부의 카할 간질 세포와 외부의 평활근 세포가 공간적으로 분리되어 있어, 이 두 세포 유형을 구분할 수 있다.
GCaMP 칼슘 이미징 분석 결과, 카할 간질 세포-카할 간질 세포, 평활근 세포-평활근 세포, 카할 간질 세포-평활근 세포 간 칼슘 신호가 잘 조율되어 있음을 확인하였다. 약물 처리 실험에서는 갭 접합이 카할 간질 세포에서 평활근 세포로의 신호 전달에 관여하며, 평활근 세포의 수축이 카할 간질 세포의 페이스메이킹 활동에 피드백으로 작용할 수 있음을 시사하였다.
또한 서로 다른 리듬을 가진 두 개의 오가노이드가 융합하면 평활근 세포를 매개로 동기화되는 것을 발견하여, 평활근 세포의 페이스메이킹 활동에 대한 새로운 기여를 보여주었다.
이렇게 개발된 수축성 장기 오가노이드는 카할 간질 세포와 평활근 세포 간 리듬 조율 메커니즘을 이해하는 데 유용한 모델이 될 것이다.

Stats

카할 간질 세포의 칼슘 신호 상승이 평활근 세포의 칼슘 신호 상승보다 평균 690 ms 빨랐다.
10 μM, 20 μM, 100 μM의 갭 접합 억제제 처리에도 카할 간질 세포-카할 간질 세포, 평활근 세포-평활근 세포 간 칼슘 신호 동기화는 영향을 받지 않았다.
100 μM의 갭 접합 억제제 처리 시 카할 간질 세포에서 평활근 세포로의 칼슘 신호 전달이 부분적으로 억제되었다.
10 μM의 Blebbistatin 처리로 오가노이드의 주기적 수축과 세포 내 칼슘 신호 진동이 완전히 소실되었다.

Quotes

"카할 간질 세포의 칼슘 신호 상승이 평활근 세포의 칼슘 신호 상승보다 평균 690 ms 빨랐다."
"갭 접합 억제제 처리 시 카할 간질 세포에서 평활근 세포로의 칼슘 신호 전달이 부분적으로 억제되었다."
"Blebbistatin 처리로 오가노이드의 주기적 수축과 세포 내 칼슘 신호 진동이 완전히 소실되었다."

Key Insights Distilled From

The gut contractile organoid: a novel model for studying the gut motility regulated by coordinating signals between interstitial cells of Cajal and smooth muscles

by Yagasaki,R.,... at www.biorxiv.org 03-13-2024

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.03.12.584544v2

Deeper Inquiries

질문 1

신경계 성분을 추가하면 장 오가노이드에서 어떤 새로운 통찰을 얻을 수 있을까?
답변 1: 신경계 성분을 장 오가노이드에 추가하면 신경-근육 상호작용 및 장 운동성에 대한 더 깊은 이해를 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 신경 세포의 존재로 인해 ICC와 SMC 간의 상호작용이 어떻게 변화하는지 조사할 수 있습니다. 또한, ENS의 역할을 연구하여 장 운동성의 조절 및 조정 메커니즘을 더 잘 이해할 수 있습니다. 이를 통해 장 운동성 이상과 관련된 질병 및 장 운동 기능에 대한 새로운 통찰을 얻을 수 있을 것입니다.

질문 2

갭 접합 이외의 다른 세포 간 신호 전달 메커니즘이 카할 간질 세포와 평활근 세포의 동기화에 관여할 수 있는지 어떻게 확인할 수 있을까?
답변 2: 갭 접합 이외의 세포 간 신호 전달 메커니즘을 확인하기 위해 다양한 실험적 접근 방법을 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 특정 신호 전달 경로를 차단하는 화합물을 사용하여 해당 신호 전달 경로의 중요성을 확인할 수 있습니다. 또한 유전자 조작이나 단백질 억제제를 활용하여 특정 신호 전달 경로의 기능을 평가할 수 있습니다. 더불어 현미경 및 세포 이미징 기술을 활용하여 세포 간 상호작용의 변화를 실시간으로 관찰하고 분석할 수 있습니다.

질문 3

장 오가노이드 모델을 활용하여 배아기 장 운동성 발달 과정에서 카할 간질 세포와 평활근 세포의 상호작용이 어떻게 변화하는지 탐구할 수 있을까?
답변 3: 장 오가노이드 모델을 사용하여 배아기 장 운동성 발달 과정에서 카할 간질 세포와 평활근 세포의 상호작용을 탐구할 수 있습니다. 이 모델을 통해 ICC와 SMC 간의 상호작용이 시간에 따라 어떻게 변화하는지 연구할 수 있습니다. 또한 장 오가노이드를 이용하여 ICC와 SMC의 상호작용이 장 운동성 발달 및 조절에 미치는 영향을 조사하여 장 운동성의 발달 과정을 더 깊이 이해할 수 있을 것입니다. 이를 통해 장 운동성 이상 및 소화기 질환에 대한 새로운 통찰을 얻을 수 있을 것입니다.