The generation of human induced pluripotent stem cells (iPSCs) via cellular reprogramming of somatic cells from individuals with genetic disorders can provide a great opportunity to understand pathophysiology of the genetic disorders in vitro. Costello syndrome (CS) is one of RASopathies that are a group of genetic disorders having mutations on RAS/MAPK pathway. Constitutive activation of HRAS resulting from HRAS mutation causes CS. CS patients have severe musculoskeletal abnormalities such as short stature, stooped standing posture, hip dysplasia, kyphoscoliosis and osteoporosis. To elucidate molecular mechanism of musculoskeletal defects in CS, CS-iPSCs were generated from patient fibroblasts by ec-topic expression of OCT4, SOX2, C-MYC and KLF4. Mesenchymal stem cells (MSCs) were differentiated from CS-iPSCs by two separate methods. MSCs could be developed through neural crest (NC) and paraxial mesoderm (PM) lineages, respectively. NC-MSCs expressed MSC-surface markers such as CD73, CD90 and CD105 and normally differenti-ated into chondrocytes and functional osteoblasts. However, PM-MSCs did not express CD105 and failed further differentiation into osteoblasts and chondrocytes. The results in-dicate that aberrant osteogenesis in paraxial mesoderm lineage may be responsible for mus-culoskeletal defects in CS patients.
체세포 리프로그래밍을 통한 인간유도만능줄기세포(induced pluripotent stem cells, iPSCs)의 등장은 유전질환을 가진 환자의 질환 발병 메커니즘을 in vitro 에서 연구를 가능하게 하였다. RAS/MAPK 신호전달체계에 돌연변이가 생긴 유전질환을 통틀어 RASopathy 라고 부르며 코스텔로 증후군(Costello syndrome, CS)은 이 중에 하나로, HRAS 단백질의 constitutive한 활성 때문에 발병된다. 코스텔로 증후군 환자들은 작은 키와 구부정한 자세, 둔부 형성이상, 후측만증, 골다공증의 근골격계 질환을 보인다. 코스텔로 증후군 골격계 이상의 발병 메커니즘을 밝히기 위하여 환자의 체세포에 OCT4와 SOX2, C-MYC, KLF4를 retrovirus로 과발현하여 코스텔로 증후군 특이적 iPSC (CS-iPSC)을 만들었다. CS-iPSC로부터 두 가지 방법으로 중간엽줄기세포(mesenchymal stem cells, MSCs)으로 분화를 유도하였고, 각각 신경능세포(neural crest cell, NC)와 축주위중배엽(paraxial mesoderm, PM)을 거쳐 유도하였다. NC-MSC는 MSC에서 발현하는 세포표면 단백질인 CD73과 CD90, CD105를 정상적으로 발현하였으며, 연골세포(chondrocytes)와 정상적으로 기능하는 조골세포(osteoblasts)로 분화가 가능하였다. 그러나 PM-MSC는 MSC 상태에서 CD105를 발현하지 않았으며 조골세포와 연골세포로 분화하는데 실패하였다. 이러한 결과로 비정상적인 PM-MSC의 osteogenesis가 코스텔로 증후군 환자에서의 근골격계 이상을 일으킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
