2D hOSE 배양
갓 분리한 hOSE 세포를 12웰 플레이트에 도우려 플레이하고 3주 동안 배양했습니다. 이 기간 동안 세포는 세 번 통과되었습니다(그림 2A). 배양 중인 일차 hOSE 세포는 통로 3(P3)까지 조약돌과 같은 형태를 보였으나 그 이후에는 노화의 징후를 보이기 시작했으며, 이는 제한된 기간 hOSE가 통로될 수 있다고 보고한 이전 결과에 따른것이다 27. 또한, 쥐 OSE는 시험관 내에서 상피에서 중간엽으로의 전환(EMT)을 겪으며, 액틴 세포골격의 재배열 및 콜라겐 I19의 침착과 같은 섬유아세포와 유사한 특징을 나타내는 것으로 나타났습니다. 이에 따라 ACTA2+CD44+ hOSE는 P2와 P3 사이에서 COL1A1의 뚜렷한 상향조절을 보였으며(그림 2B), 이는 hOSE 세포가 배양 중에 EMT를 겪는다는 것을 시사합니다.
TGF-β 신호전달은 다양한 상피세포 유형(29)에서 EMT를 유도할 수 있는 EMT28의 주요 조절자이다. TGF-β가 OSE_2D 매체에 첨가되지 않았지만, 첨가된 FBS는 이 사이토카인(30,31)의 검출 가능한 수준을 함유할 수 있었다. 이러한 이유로 TGF-β inhibitor type I receptor SB-431542를 추가하면 EMT를 예방하여 장시간의 2D 배양이 가능한지 여부를 테스트했습니다. 놀랍게도, OSE_2D 배지에 10μM의 SB-43154232를 보충하면 세포 증식이 억제되었습니다(그림 2C). TGF-β 신호전달이 OSE 증식에 필수적이라는 결론을 내렸고, 억제제 없이 추가 2D 배양 실험을 수행했습니다.
3D hOSE 오가노이드 배양
인간 OSE 오가노이드12를 성장시키기 위해 발표된 배양 조건을 기반으로 BME 방울에 매립된 hOSE 오가노이드를 도출하고 최대 28일 동안 OSE_3D배지(표준 농도 100nM의 에스트라디올 포함)에서 성장시켰습니다. 7일 이내에 갓 분리한 OSE 세포에서 유래한 많은 hOSE 오가노이드가 평균 직경이 130mm인 낭포성이었습니다(그림 3A,B). 이러한 결과는 Kopper와 동료들이 다지고 효소로 소화된 인간 난소 조직12에서 hOSE 오가노이드를 유도하는 것에 대해 보고한 것과 유사했습니다. 흥미롭게도 배양 14일 후 갓 분리된 OSE 세포에서 유래한 hOSE 오가노이드가 2D 확장 OSE 세포의 hOSE 오가노이드(평균 직경 100mm)보다 더 커졌는데(평균 직경 160mm), 이는 2D 확장 OSE 세포가 증식을 줄이는 경향 때문일 수 있습니다. 또한, 많은 3D hOSE 오가노이드는 편평한 상피 세포의 단층으로 구성되었지만(그림 3C 왼쪽 상단 패널), 일부는 세포의 직육면체 단층을 나타냈고(그림 3C 오른쪽 상단 패널), 다른 일부는 다층(그림 3C 오른쪽 하단 패널)이었거나(그림 3C 왼쪽 하단 패널) 비월격화 세포 클러스터를 형성했습니다.
OSE_2D 배지를 사용하여 hOSE 오가노이드를 유도할 수 있는지 테스트하기 위해 갓 분리한 hOSE 세포를 BME의 액적에 매립하고 12일 동안 OSE_2D 배지에서 성장시켰습니다. 6일 후, 방추체 모양의 세포가 보였는데, 이는 hOSE 세포가 액적에서 EMT를 겪고 있음을 시사합니다. 중요한 것은 OSE_2D 매체를 사용하여 hOSE 오가노이드가 형성되지 않았다는 것입니다(그림 3D).
hOSE 오가노이드의 세포 특성
인간 성인 난소에서 케라틴 8(KRT8)은 OSE 집단을 특이적으로 표시하며(그림 4A), 이에 따라 hOSE 오가노이드는 KRT8 발현을 유지하여 세포 정체성을 검증했습니다(그림 4B). 마우스 OSE 세포에서 Yes1 관련 단백질(YAP1)의 핵 국소화는 배란 후 상처 부위를 확장하고 치유할 수 있는 OSE 줄기/전구 세포와 특이적으로 연관되었습니다24,33. YAP는 크기에 관계없이 hOSE 오가노이드의 대다수 세포에서 핵 국소화를 보여주었습니다(그림 4B). CD4420 및 LGR522와 같은 마우스 OSE 세포에서 발현되는 것으로 보고된 다른 마커도 조사되었습니다. 흥미롭게도 CD44와 LGR5는 모두 작은 hOSE 오가노이드(직경 <100μm)에서 발현된 반면, 더 큰 오가노이드에서는 CD44와 LGR5가 하향 조절된 것처럼 보였습니다(그림 4B).
다음으로, hOSE 오가노이드가 BME 내장 오가노이드(apical-in)에서 일반적으로 관찰되는 apical-basal 극성을 나타내는지 조사했습니다34. 기저측 단백질 인테그린 베타 1(ITGB1) 및 정점 단백질 포도칼릭신(PODXL)을 사용하여 hOSE 오가노이드의 세포 극성을 표시하여 hOSE 오가노이드 크기와 무관하게 명확한 apical-in 극성을 확인했습니다(그림 4B).
인간 OSE는 중간엽 마커 N-cadherin(CDH2)을 발현하는 것으로 알려져 있는 반면, 상피 마커 E-cadherin(CDH1)의 발현은 원주형 OSE 세포로 제한됩니다(그림 4A)2. 흥미롭게도 이 연구에서 파생된 hOSE 오가노이드는 중간엽 마커 CDH2 및 비멘틴(VIM)을 발현했으며, 직육면체/원주 상피가 있는 큰 낭포성 hOSE 오가노이드는 모두 CDH1+ 및 CDH2+VIM+였습니다(그림 4C). CDH1+ hOSE 오가노이드가 1차 CDH1+ OSE 세포에서 유래했는지 아니면 시험관 내 상피 분화 또는 (종양성) 형질전환을 거친 CDH1-OSE 세포에서 유래했는지는 불분명합니다 25,35.
hOSE 오가노이드 사용 소개: hOSE 오가노이드에 대한 배란 신호의 효과
난포 자극 호르몬과 인간 융모성 성선 자극 호르몬은 난포 성장과 배란을 유도하는 데 사용할 수 있으며, 배란 후에는 프로게스테론 및 에스트라디올36과 같은 난소 생성 호르몬의 농도가 현저하게 증가합니다. 스크리닝 플랫폼으로서의 hOSE 오가노이드의 유용성을 보여주기 위해 오가노이드의 수와 크기를 정량화 출력(Fiji 사용)으로 사용하여 이러한 호르몬이 hOSE 오가노이드에 미치는 영향을 조사했습니다. 이를 위해 에스트라디올이 결핍된(호르몬 없음) OSE_3D 배지와 FSH, hCG, 에스트라디올 또는 프로게스테론이 다양한 농도로 함유된 OSE_3D 배지에서 hOSE 오가노이드를 도출했습니다(그림 5A).
3개의 서로 다른 공여체(n=3)의 동결 보존-해동된(비팽창) hOSE 세포에서 파생된 hOSE 오가노이드의 수를 배양 7일 후 액적당 정량화했습니다(그림 5A,B). 배양 배지는 3일마다 교체되었습니다. 배지 함유 호르몬에서 형성된 액적당 hOSE 오가노이드의 총 수는 호르몬이 없는 배지와 비교하여 유의한 차이가 관찰되지 않았습니다(그림 5A,B). 오가노이드 크기에 대한 호르몬의 효과를 정량화하기 위해 배양 14일 후 각 방울(각 조건에서)을 이미지화하고 피지를 사용하여 4개의 가장 큰 hOSE 오가노이드의 면적을 측정했습니다. 흥미롭게도 프로게스테론(1000nM) 또는 에스트라디올(200nM)의 존재 하에 두 개의 서로 다른 공여체(n = 2)에서 hOSE 오가노이드를 생성하면 액적당 하나 이상의 매우 큰 오가노이드(약 700μm 직경)가 생성되었습니다(그림 5C,D).

그림 1: 전체 난소에서 분리된 hOSE 세포의 개략도. 난소를 37°C에서 30분 동안 소화액에서 배양하고, hOSE 세포를 부드럽게 긁어내어 난소 표면에서 분리한 후 동결 보존하고, 단층의 2D OSE 배양에 직접 도금하거나, 3D hOSE 오가노이드 배양을 위해 기저막 추출물(BME)에 삽입했습니다. 동결 보존-해빙된 hOSE 세포는 2D 배양 또는 3D 오가노이드 형성에 사용할 수 있으며, 2D 확장 hOSE 세포는 3D hOSE 오가노이드를 생성하는 데 사용할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: hOSE 세포의 2D 1차 배양. (A) 전형적인 상피 조약돌 형태를 묘사하는 통로 0 (P0), 2 (P2) 및 3 (P3)에서 hOSE 세포의 명시야 이미지. 스케일 바는 상단 패널에서 750 μm, 하단 패널에서 125 μm입니다. (B) P2 및 P3의 2D hOSE 세포에서 ACTA2, CD44, COL1A1에 대한 면역형광. 스케일 바는 50 μm입니다. (C) P0, P2 및 P3에서 10 μM의 SB-431542로 배양한 hOSE 세포의 명시야 이미지. 세포는 P2에서 노화의 징후를 보였으며 배양 중에 높은 밀도에 도달하지 않았습니다. 스케일 바는 상단 패널에서 750 μm, 하단 패널에서 125 μm입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: hOSE 오가노이드의 형태학적 특성 분석. (A) 3개의 서로 다른 공여체(tOVA86, tOVA87, tOVA88)에서 유래한 3개의 독립적인 hOSE 오가노이드 유도체의 명시야 이미지. 이미지는 세포 임베딩(D0), 7일(D7), 14일(D14) 및 28일(D28) 배양 후 촬영되었습니다. 스케일 바는 D0에서 750 μm이고 나머지는 50 μm입니다. (B) 갓 분리한 hOSE 세포(점선) 및 2D 확장 hOSE 세포(실선)에서 파생된 hOSE 오가노이드의 직경. D0, D7 및 D14에서 측정± 평균 크기 표준 편차가 표시되어 있습니다. 두 가지 다른 공여체(tOVA88 및 tOVA89)의 결과가 표시됩니다. (C) 다양한 형태를 보여주는 hOSE 오가노이드의 명시야 이미지: 단일 평면층(왼쪽 상단), 단일 원주형 층(오른쪽 상단), 다층(오른쪽 하단) 및 비루메나이즈드 세포 응집체(왼쪽 하단). 스케일 바는 100 μm입니다. (D) BME에 매립되고 OSE_2D 배지로 12일 동안 배양된 hOSE 세포의 명시야 이미지. 이미지는 세포 임베딩(D0), 6일(D6), 9일(D9) 및 12일(D12) 후에 촬영되었습니다. 섬유아세포(Fibroblast)와 같은 세포가 배양을 추월했고, 오가노이드(organoid)와 같은 구조는 형성되지 않았습니다. 스케일 바는 750 μm입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: hOSE 오가노이드의 세포 특성 분석. (A) 인간 난소 절편에서 KRT8 및 CDH1에 대한 면역형광. 왼쪽 패널의 눈금 막대는 500 μm이고 중간 및 오른쪽 패널은 50 μm입니다. (B) 다양한 크기(<50 μm, 50-75 μm, 75-100 μm, >100 μm)의 hOSE 오가노이드에서 KRT8 및 YAP, LGR5 및 CD44, ITGB1 및 PODXL에 대한 면역형광. 스케일 바는 50 μm입니다. (C) hOSE 오가노이드의 VIM, CDH1, CDH2에 대한 면역형광. 스케일 바는 50 μm입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5: 배란 신호가 hOSE 오가노이드 형성에 미치는 영향. (A) 서로 다른 배양 배지에서 7일째에 형성된 액적당 총 hOSE 오가노이드 수. hOSE 오가노이드는 3개의 서로 다른 공여체(tOVA77, tOVA79, tOVA83)에서 파생되었습니다. 굵은 글씨체는 오가노이드 유도에 사용되는 OSE_3D 매체입니다. (B) 호르몬이 없는 배지와 비교한 상대적 오가노이드 형성. hOSE 오가노이드의 통합 값은 세 가지 다른 공여체(tOVA77, tOVA79, tOVA83)에서 파생되었습니다. (C) 두 개의 다른 공여체(tOVA77, tOVA83)에서 테스트한 각 실험 조건에서 14일째에 가장 큰 hOSE 오가노이드 4개의 이미지 영역을 나타내는 그래프. (D) 두 명의 다른 공여자(tOVA77, tOVA83)로부터 호르몬이 없는 배지, 200nM E2 및 1000nM P4를 사용한 14일차 배양 시 hOSE 오가노이드를 보여주는 명시야 이미지. 스케일 바는 750 μm입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
표 1: 연구에 사용된 작업 솔루션의 구성. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.