Mutation of photoreceptor genes can result in retinal degeneration and loss of vision. Stem cell therapy and cell replacement therapy is potent treatments of the degenerative diseases but it requires understanding of complex mechanism of photoreceptor differentiation. To unravel the differentiation mechanism and find key factors to control differentiation, we reconstructed photoreceptor differentiation network from literature and analyzed attractor landscape of it. The attractor landscape analysis predicted a missing factor (factor X) which activated thyroid hormone receptor $\beta$ 2 (TRb2) and repressed neural retina leucine zipper (Nrl). And the analysis predicted key factors of differentiation for each photoreceptor types. In rod photoreceptor differentiation, Nrl and the factor X were key factors. And Nrl and retinoid-related orphan nuclear receptor $\beta$ (RORb) were critical in S cone differentiation. The key factors of M cone differentiation were the factor X and triiodothyronine (T3). This study shows that the attractor landscape analysis can unravel complex differentiation mechanism and improve protocols for stem cell therapy.
시세포 유전자의 돌연변이는 망막 퇴행성 질환과 실명을 유발할 수 있다. 줄기세포치료와 세포대체치료는 이 퇴행성 질환의 유력한 치료방법이지만, 시세포 분화의 복잡한 메커니즘에대한 이해가 필요하다. 시세포 분화의 메커니즘을 밝혀내고 분화 조절 주요 인자를 찾기 위해 본 연구는 문헌 정보로 부터 시세포 분화 네트워크를 구축하고 이 네트워크의 상태 끌개 지형을 분석하였다. 상태 끌개 지형 분석은 밝혀지지 않은 인자 X의 존재와 이 인자의 TRb2 유전자를 활성화 시키고 Nrl 유전자를 비활성화 시키는 기능을 예측하였다. 그리고 본 분석 방법은 각 시세포 타입 분화에 주요한 인자를 예측하였다. 간상세포의 분화에서는 Nrl과 인자 X가 주요하게 영향을 끼치며 Nrl과 RORb는 S 원추세포 분화에 주요할 것으로 예측 되었다. M 원추세포의 분화에는 인자 X와 T3가 주요 인자로 예측 되었다. 본 연구는 상태 끌개 지형 분석이 복잡한 분화 메커니즘의 원리를 밝히고 줄기세포치료와 세포대체치료를 발전 시킬수 있음을 보여주었다.
