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  • 예쁜꼬마선충의 단일세포 수준에서의 전사체 정보를 어떻게 얻을 수 있을까요? 예쁜꼬마선충 실험방법

    전사체 정보의 분석은 크게 두가지 단계로 나뉘어집니다. 


    1) 단일세포를 분리하고 RNA sequencing을 통해 전사체 정보를 추출하는 실험적 단계
    2) 컴퓨터를 이용하여 sequencing을 통해 얻어진 전사체 정보를 분석하는 분석적 단계


    실험적 단계에서 예쁜꼬마선충의 단일세포 수준 전사체를 얻기 위해서는 큐티클 층을 제거하는 작업을 먼저 거쳐야 합니다. 큐티클 층 제거 이후 단일 세포들을 10x chromium system 등의 방법을 통해 RNA sequencing을 진행하고 전사체 정보를 얻을 수 있습니다. Sequencing 결과로 얻어진 데이터 파일들은 대표적으로 ‘R’ 프로그램의 ‘Seurat’, ‘monocle3’ 등의 package를 이용하여 분석을 진행할 수 있습니다.


    실험적 단계없이 이미 출판된 논문의 data를 이용하여 분석만을 진행할 수도 있습니다. 일반적으로 논문 method의 data availability 항목에서 NCBI GEO 번호를 확인할 수 있으며, 해당번호를 통해 필요한 single cell RNA sequencing data를 다운로드하여 분석할 수 있습니다. 예쁜꼬마선충은 single cell RNA sequencing를 통해 L2 단계에서 처음으로 세포타입별 전사체 변화가 밝혀졌고, L4 단계의 예쁜꼬마선충에서는 모든 신경의 전사체 변화와 새로운 신경 타입별 마커가 발굴이 되기도 했습니다. 최근에는 성체 예쁜꼬마선충의 노화에 따른 각 세포타입별 전사체 변화까지 보고된 바 있습니다.

     


     

    유사질문
    • Single cell-seq을 통해 새롭게 알게 된 정보는 무엇인가요?
    References
    • 1. Cao J, Packer JS, Ramani V, et al. Comprehensive single-cell transcriptional profiling of a multicellular organism. Science. 2017;357(6352):661-667.
      2. Taylor SR, Santpere G, Weinreb A, et al. Molecular topography of an entire nervous system. Cell. 2021;184(16):4329-4347.e23.
      3. Roux AE, Yuan H, Podshivalova K, et al. Individual cell types in C. elegans age differently and activate distinct cell-protective responses. Cell Rep. 2023;42(8):112902.
    예쁜꼬마선충 실험동물 Single-cell RNA seq 전사체 Transcriptome
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  • 인간화 마우스는 무엇인가요? 마우스/랫드 생물정보

    인간화 마우스는 인간의 세포 또는 조직을 이식하여 인간의 특성이나 기능을 재현한 마우스 모델입니다.


    Human Immune System(HIS) 마우스는 인간의 CD34+ 조혈모세포(Hematopoietic Progenitor Cell, HPC)를 면역결핍 마우스에 이식하여 인간의 면역계를 모방한 마우스 모델입니다. 이식된 조혈모세포는 마우스의 골수에서 T 세포, B 세포, NK 세포 등 다양한 인간 면역세포로 분화하여 인간의 면역계를 모방합니다. HIS 마우스는 면역성 질병, 백신 개발과 같은 면역학적 연구에서 활용되는 인간화 마우스 모델입니다.


    BLT(Bone Marrow, Liver, Thymus) 마우스는 인간의 골수, 간 및 가슴샘을 면역결핍 마우스에 이식하여 복잡한 인간 면역 시스템을 정교히 모방한 모델입니다. 이는 HIV 연구에 많이 활용되는 인간화 마우스 모델입니다.
     

    유사질문
    • Humanized Mouse는 무엇인가요?
    References
    • 1. Melkus MW, Estes JD, Padgett-Thomas A, et al. Humanized mice mount specific adaptive and innate immune responses to EBV and TSST-1. Nat Med. 2006;12(11):1316-1322.
      2. Legrand N, Ploss A, Balling R, et al. Humanized mice for modeling human infectious disease: challenges, progress, and outlook. Cell Host Microbe. 2009;6(1):5-9.
      3. Karpel ME, Boutwell CL, Allen TM. BLT humanized mice as a small animal model of HIV infection. Curr Opin Virol. 2015;13:75-80.
    인간화 마우스 Humanized Mouse CD34 HIS 마우스 BLT 마우스
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  • 면역결핍 마우스는 어떤 것이 있나요? 마우스/랫드 생물정보

    면역체계가 일부 결핍되어 있는 면역결핍 마우스는 대표적으로 Nude 마우스 및 SCID 마우스가 있습니다. 


    Nude 마우스는 Foxn1 유전자 조작을 통해 T세포의 성숙이 일어나는 가슴샘이 없어진(Athymic) 면역결핍 마우스 모델입니다. 이 마우스 모델은 성숙한 T세포가 없어 이식편대숙주반응(GVHD) 및 종특이성 반응이 없습니다. 따라서 xenograft와 같은 종양이식 모델로 자주 사용됩니다.


    SCID 마우스는 DNA 수리에 중요한 Prkdc 유전자 조작으로 T 세포 및 B 세포가 형성되지 못하는 면역결핍 마우스입니다. 이 모델은 면역결핍 질환 및 이식모델로 자주 사용되며 T 세포 및 B 세포의 결함으로 인해 항체를 만들지 못하기 때문에 항체 기반의 면역 반응 연구에는 적합하지 않습니다. 


    NOD 마우스는 T 세포 면역억제에 관여하는 Ctla4 유전자 조작으로 만든 인슐린 의존성 당뇨 마우스 모델입니다. 제1형 당뇨병 연구와 함께 다양한 자가면역 질환이 유발되기 때문에 자가면역 연구에 활용됩니다.
     

    유사질문
    • Nude Mouse는 무엇인가요?
    • SCID 마우스는 무엇인가요?
    References
    • 1. Pantelouris EM. Absence of thymus in a mouse mutant. Nature. 1968;217(5126):370-371.
      2. Flanagan SP. 'Nude', a new hairless gene with pleiotropic effects in the mouse. Genet Res. 1966;8(3):295-309.
      3. Bosma GC, Custer RP, Bosma MJ. A severe combined immunodeficiency mutation in the mouse. Nature. 1983;301(5900):527-530.
      4. Price JE. Xenograft models in immunodeficient animals : I. Nude mice: spontaneous and experimental metastasis models. Methods Mol Med. 2001;58:205-213.
      5. Schumacher U, Brooks SA. Xenograft Models in Immunodeficient Animals : II. The Use of SCID Mice in Metastasis Research: Breast and Colon Cancer Models of Metastasis. Methods Mol Med. 2001;58:215-222.
      6. Leiter EH. The NOD Mouse: A Model for Analyzing the Interplay Between Heredity and Environment in Development of Autoimmune Disease. ILAR Journal. 1993;35(1):4–14.
    면역결핍 누드 마우스 SCID 마우스 NOD 마우스
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  • 마우스 모델에서 분변이식은 무엇인가요? 마우스/랫드 실험방법

    Fecal transplantation은 대변 이식이라고 불리며 건강한 기증자로부터 대변을 수집하여 환자의 위장관에 이식하는 절차입니다. 이 절차는 건강한 세균을 수용자의 장에 이식함으로써 Clostridium difficile(C. diff) 감염을 치료할 수 있습니다. 마우스에서의 fecal transplantation은 다음과 같은 과정으로 진행됩니다.

     

    항생제를 이용하여 기존의 장내 세균(Microbiota)을 제거한 recipient mouse의 gastrointestinal tract에 건강한 마우스의 fecal 샘플을 넣어줍니다. 이 과정은 위로 바로 전달할 수 있는 oral gavage와 같은 방법이나 enema(관장)와 같은 방법을 사용합니다.
     

     

    * 그림출처: Bokoliya SC et al. Front Cell Infect Microbiol. 2021;11:711055.

    유사질문
    • Fecal Transplantation이 무엇인가요?
    • 분변이식연구는 어떻게 할까요?
    References
    분변이식 Fecal Transplantation Microbiome 장내 세균 마이크로비옴
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  • Germ-Free 마우스는 무엇인가요? 마우스/랫드 생물정보

    무균 마우스는 다른 말로는 ‘axenic(무균의)’로 불리며 체내에 미생물을 갖고 있지 않은 마우스를 의미합니다. 계대유지를 위해 무균사육장비(isolator) 등 특수시설이 필요하며 주기적으로 무균 상태를 엄격하게 검사합니다.


    무균 마우스를 만드는 과정은 세균이 없는 mother를 사용하며 새끼가 태어나기 전에 희생되고 살균 처리됩니다. 제왕 절개로 태어난 후, 새끼는 이후에 세균이 없는 mother가 있는 살균된 보관소로 옮겨져서 먹이를 받고 성장해야 합니다.


    항생제를 투여받은 쥐는 완전히 세균이 제거되지는 않지만 세균 load의 감소는 세포 군집, 신호 전달 경로, 그리고 장기 형태의 변화와 관련이 있으며 종종 결과는 germ-free 쥐에서 관찰되는 것과 유사합니다.

    유사질문
    • 무균 마우스는 무엇인가요?
    • 항생제를 투여하는 마우스와 무균 마우스는 어떤 차이가 있나요?
    References
    Germ-Free Mouse 무균 마우스 장내 세균 Microbiome 마이크로비옴
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  • Syngeneic Mouse Model은 무엇인가요? 마우스/랫드 실험방법

    Syngeneic 마우스 모델은 allograft라고도 불리며 동종이식이다. 마우스 유래 세포주를 다시 마우스에 이식하여 만드는 모델로 동일한 개체이기 때문에 종양거부가 발생하지 않는다.


    Syngeneic 마우스 모델은 50년전 종양 약물개발을 위해 개발되었으나 표적치료법으로 바뀌면서 다른 모델로 대체 되었지만, 현재는 마우스의 면역반응이 제거되지 않는 정상상태에서 종양에 대한 면역반응을 연구할 수 있기 때문에 현재 새로운 immunotherapy study에 모델로 사용 되어지고 있다.


    현재 마우스 유래 세포주로는 breast(EMT-6 cell), colon(MC38, CT26 cell), liver(Hepa1-6 cell), lung(LLC cell) 등이 있지만 사용 가능한 세포주의 수가 적다는 한계와 마우스에서의 면역이기 때문에 인간 면역에 적용하여 해석하는데 어려움이 있다는 한계가 있다.

     


    * 그림 출처: Barbeau J. Syngeneic Tumor Mouse Models: The Pros and Cons. https://blog.crownbio.com/syngeneic-tumor-mouse-models-the-pros-and-cons

    유사질문
    • Syngeneic 모델과 Xenograft 모델의 차이는 무엇인가요?
    • 동계 마우스 모델은 무엇인가요?
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  • Organoid 모델은 무엇인가요? 마우스/랫드 실험방법

    Organoid는 생체 내(in vivo) 조직의 복잡한 구조와 기능 및 유사한 표현형을 보여줄 수 있는 세포기반의 조직공학 체외(in vitro) 모델입니다.


    Organoid는 자가 복제 가능한 줄기세포를 포함하고 있어 ESC, iPSC 유래 organoid의 경우 발생단계의 특징을 유지하고 있기 때문에 줄기세포의 발생 및 주변 미세환경에 관한 분석이 가능하고, 성체줄기세포 유래 organoid는 손상된 장기나 조직의 교체에 사용가능 합니다. 또한 전염병 연구나 약물의 독성 및 효능 검사가 가능하기 때문에 이를 통해 동물 이용에 대한 윤리적 문제를 배제할 수 있습니다.

     

    * 그림출처: Corrò C et al. Am J Physiol Cell Physiol. 2020;319(1):C151-C165.

    유사질문
    • 오가노이드는 무엇인가요?
    • 인공장기는 무엇인가요?
    References
    오가노이드 Organoid 인공장기
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  • Orthotopic 모델은 무엇인가요? 기타 실험방법

    Orthotopic(동소이식) 모델은 종양세포주 또는 환자유래세포를 동물모델에 종양의 조직형과 동일한 기관 또는 조직에 이를 이식하여 만든 동물종양 모델입니다.


    Orthotopic 모델의 장점으로는 3가지가 있습니다. 첫째, orthotopic 모델의 경우 종양의 동일한 조직에 이식을 하기 때문에 종양미세환경을 조성하여 좀더 원래와 비슷한 상태를 모방할 수 있습니다. 두번째로는 종양미세환경과 영양분 공급으로 인해 빠른 성장을 볼 수 있습니다. 마지막으로 orthotopic 모델은 다른 마우스 모델과는 다르게 종양 전이를 연구할 수 있다는 장점이 있습니다. 
     

    유사질문
    • Orthotopic 모델과 Xenograft 모델의 차이점은 무엇인가요?
    • 동소이식은 무엇인가요?
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  • Cre 마우스는 무엇인가요? 마우스/랫드 생물정보

    Cre 마우스는 Cre/lox 시스템을 응용한 마우스 모델입니다. Cre/lox 시스템의 Cyclization Recombinase(Cre)는 34bp의 loxP DNA 서열을 특이적으로 인식 재조합효소로 loxP 서열 사이의 DNA 조각을 제거하여 타겟 유전자의 발현을 조절할 수 있습니다. Cre/lox 시스템을 통해 만들어진 특정 유전자의 선택적 결실 및 비활성화된 conditional knockout(cKO) 마우스 모델은 생체 내 특정 유전자의 기능을 연구하는데 활용됩니다. 


    cKO 마우스는 Cre 유전자 발현하는 형질전환 마우스와 두 loxP 서열에 사이에 타겟 유전자를 발현하는 마우스의 교배를 통해 제작됩니다. 조직 특이적으로 Cre를 발현하는 마우스와 교배를 통해서 조직 특이적으로 타겟 유전자가 knockout된 마우스도 제작할 수 있습니다.


    Cre 마우스는 특정 조직, 특정 시점에서 타겟 유전자의 발현을 조절할 수 있기 때문에 배아 치사성 유전자 연구에 활용됩니다.

     

    * 그림출처: Parker MP, Peterson KR. Methods Mol Biol. 2018;1698:37-65.

    유사질문
    • 조직 특이적 유전자 조작은 어떻게 하나요?
    References
    • 1. Feil S, Valtcheva N, Feil R. Inducible Cre mice. Methods Mol Biol. 2009;530:343-363.
      2. Kim H, Kim M, Im SK, Fang S. Mouse Cre-LoxP system: general principles to determine tissue-specific roles of target genes. Lab Anim Res. 2018;34(4):147-159.
      3. Heffner CS, Herbert Pratt C, Babiuk RP, et al. Supporting conditional mouse mutagenesis with a comprehensive cre characterization resource. Nat Commun. 2012;3:1218.
      4. Parker MP, Peterson KR. Mouse Models of Erythropoiesis and Associated Diseases. Methods Mol Biol. 2018;1698:37-65.
    Cre mouse Conditional Knockout Mouse 유전자 조작
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  • Xenograft는 어떻게 하는 것인가요? 마우스/랫드 실험방법

    Xenograft(이종이식)은 서로 다른 종으로부터 유래한 세포, 조직 또는 장기를 이식하는 것을 말합니다. Xenograft 모델은 생체 내에서 종양의 형성과 전이기전을 규명하는 연구 및 약물의 항암효과 평가에 사용됩니다.


    Xenograft 모델은 이종 암세포에 대한 면역 거부반응을 방지하기 위해 면역결핍 마우스(Nude, Severe Combined Immune Deficient (SCID))나 랫드를 사용하고, 암세포를 피하 또는 복막 내에 주입하여 종양을 형성합니다. 


    Xenograft 마우스 모델은 syngeneic(동종) 이식 모델에서 발생하는 종양에 대한 면역반응 없기 때문에 쉽고 빠르게 다양한 암종에 대한 종양 형성이 가능하다는 이점이 있습니다.


    Xenograft 모델에는 cell line-derived xenograft(CDX)와 patient-derived xenograft(PDX)가 있습니다. CDX는 마우스 모델은 세포주를 이식하기 때문에 빠르게 종양을 형성하고 통계학적 분석이 가능한 결과의 반복성과 재현성이 높습니다. PDX 마우스 모델은 환자 유래 암조직을 이식하기 때문에 종양 이질성을 유지할 수 있고 종양 미세환경 연구에 활용될 수 있습니다.
     

    유사질문
    • 이종이식은 무엇인가요?
    • 암세포를 마우스에 어떻게 주입하나요?
    References
    • 1. Jin K, Teng L, Shen Y, He K, Xu Z, Li G. Patient-derived human tumour tissue xenografts in immunodeficient mice: a systematic review. Clin Transl Oncol. 2010;12(7):473-480.
      2. Garcia PL, Miller AL, Yoon KJ. Patient-Derived Xenograft Models of Pancreatic Cancer: Overview and Comparison with Other Types of Models. Cancers (Basel). 2020;12(5):1327.
       
    Xenograft 이종이식 암세포 이식
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