What is the Chitinase 3-like protein 1 (CHI3L1) at pregancy ?

Sunghun Na

Department of Obstetrics and Gynecology, Kang-won National University, School of Medicine,

Chuncheon, Korea

CHITINASE AND CHITINASE LIKE PROTEIN

Acidic Mammalian Chitinase(AMCase, Eosinophil Chemotactic cytokine) + +

YM-1(Chitinase 3-like, ECF-L precursor)

+-YM-2

(Chitinase 4-like)+-

Cartilage Glycoprotein 1(BRP-39, HCgp-39, Chinase 3-like 1, GP-39, YKL-40) ++

Chitotriosidase(Chitinase 1, Chit 1)

++

Chondrocyte Protein 39(Chitinase 3-like 2, YKL-39)

-+

Identified Members of Chitinase genes in Human and Mouse

Name Human Mouse

Chitinase 3 like-1 AND IMMUNE RESPONSE

Chitinase 3 like 1 (Chi3l1)/Breast Regression Protein of 39 kDa (BRP-39)/ YKL-40:

The serum YKL-40 levels were elevated in patients with asthma and were correlated with severity, thickening of the subepithelial basement mem-brane, and pulmonary function.(2007)

Chitinase 3–like 1 gene encoding YKL-40 is a susceptibility gene for asthma, bronchial hyperresponsiveness, and reduced lung function, and elevated circulating YKL-40 levels are a biomarker for asthma and decline in lung function.(2008)

Chitinase 3-like-1/ BRP-39 play an important role in Th2 and IL-13- induced tissue responses and apoptosis.(2011)

Chitinase 3 like-1 AND IMMUNE RESPONSE

IL-13 Signaling Pathway

Immunity, 2010, Siamon Gordon

- IL-13 binds with IL-13Rα1 and IL-13Rα2

Canonical Pathway

STAT6

IL-13Rα2 Unknown

Decoy Receptor

Non-Canonical Pathway

STAT3 MAPK AKT …

IL-13Rα1

What is relationship between IL-13 and Chi3l1?

IL-13 (-) IL-13 (+)

1. Asthma2. Atopic Dermatitis3. Allergic Rhinitis4. Idiopathic Pulmonary fibrosis5. Pulmonary Artery Hypertension6. Ulcerative Colitis7. Cancer 8. GDM9. Preeclampsia IL-13 (+)

What is Chi3l1?

18 Glycosyl Hydrolase Gene Family

- Acidic Mammalian Chitinase (AMCase) - Chitotriosidase (chitinase 1)

- CHI3L1 (BRP-39/YKL-40) - YM1/YM2 - Chondrocyte Protein 39 - Cartilage glycoprotein 1 - Oviductal glycoprotein - SI-CLP

Chitinase

Chitinase-Like Proteins

Chi3l1 as a central regulator of the immune response

InnateImmunity

AdaptiveImmunity Metabolism

Wall offAbscess

Heal

Chi3l1 (BRP39/YKL40)

Inhibit

- TLR9- Inflammasome- Oxidant injury

Stimulate

- Sensitization- M2 MΦ- T/MΦ survival

Stimulate

Visceral Fataccumulation

StimulateTGFβ1

MΦ Killing

MΦ Survival

JEM 2009 LeeAJRCCM 2010 Farida A

Cell Host and Microbe 2012 Charles D. cruz

Injury Repair

What is relationship between Chi3l1 and IL13Rα2?

Cell Reports, 2013, CH He

What is the binding partner with IL13Rα2?

Preterm and low-birthweight rate: United States,final 1990 to 2010 and preliminary 2011. (Redrawn from Hamilton, 2012.)

연구 목적1. Roles of CHI3L1 during pregnancy 2. CHI3L1 may have critical roles in preterm birth which is related with in-flammation

Material and Methods

Timed-pregnant Brp-39 null mutation (Brp-39 (-/-) n=4) wild type (Brp-39 (+/+) n=8) C57BL/6 mice were used Gestational age was determined by presence of vagi-

nal plug and designated as Embryo day Pregnant mice at ED 15 - intraperitoneally (i.p.) - PBS - purified Escherichia coli LPS : 1.5mg/kg (serotype 0111:B4, Sigma Chemical Co., USA)

Material and Methods

4 groups - wild type (Brp-39 (+/+)) with PBS or LPS- null mutation type(Brp-39 (-/-)) with PBS or LPS

observed every 3 hr from the first 12 hr after injec-tion and then continuously until the time of delivery

CO2 gas and dissected at 24hr after injection (pla-centa)

Genotyping PCR band

Delivery time

BRP 39 (+/+) BRP 39 (-/-)N 4 824hrs 이상 0 2Median (hr) 17 18.5Average 16.6 17.7

Brown Korean Medical Scientists (BKMS)

배아줄기세포 문제점 1. 암발생 가능성 2. 윤리적 문제 3. 면역거부반응

중간엽줄기세포1. 낮은 암발생 가능성2. 윤리적 문제 해결3. 거부반응 억제효과

연구배경 (1)

어떤 조직이 재생능이 가장 강한 중간엽 줄기세포냐 ?

혈관외피세포 (PVC)

연구배경 (2)

연구배경 (3)

문제점 현재까지 다양한 조직으로부터 MSC 를 추출하기 위해 사용되고 있는 방법 -> collagenase or trypsin 과 같은 효소처리 대부분의 효소는 동물에서 유래된 것 MSC 배양 시 오염 -> 임상적용에 부적합 효소처리에 의한 세포의 손상을 유발할 가능성효소처리 없이 MSC 를 추출하는 방법의 개발이 중요

연구 목적 인간 탯줄에 존재하는 혈관의 PVC 를 효과적으로 분리 및 배양할 수 있는 방법을 개발 증식능의 효율과 재생능을 향상하기 위한 다양한

GFs 의 평가 -> 기존의 MSC 의 한계를 극복하고자 하는 기반을 마련함 세포치료에 보다 적합하고 효과적인 새로운대안물질임을 제시 & 활용

Donor demographicsIRB of Kangwon National University Hospital Authority(2013)

HUMAN UMBILICAL CORD-PVC (HUC-PVC)

Arteries

Vein동맥 1 : 효소처리방법동맥 2 : 비효소처리방법

Non-enzymatic isolation and culture of HUC-PVC

7days

14days

Scale bars=100 μm mean±standard devia-tion

n=13

Immunophenotypic analysis of Human umbili-cal cord-Perivascular cells by flow cytometry

CD31 (endothelial cell marker)CD34 and CD45 (hematopoietic cell markers)CD44 and CD90 (Mesencymal stem cell markers)CD146 (Perivascular cell marker)SSEA-4 (Stage-specific embryonic antigen, stem cell marker)

passage 2 or 3, n=13

Evaluation of differentiation potentials of HUC-PVCs isolated by Non-enzymatic isolation method

Scale bars=100 μm

Comparison of growth properties between Non-enzymatic isolation and Collagenase methods

Comparison of phenotypic expression between Non-enzymatic isolation and Collagenase methods

p<0.05

Effects of growth factors on proliferation of HUPVCs

*, p<0.05; **, p<0.01

mean±standard devia-tion

Effects of bFGF on morphology and prolifera-tion of HUC-PVCs

*, p<0.05

Effects of bFGF on SSEA-4 expression in HUC-PVCs

Scale bars=100μm

*, p<0.05

Effects of bFGF on SSEA-4 expression in HUC-PVCs

*, p<0.05

bFGF 가 PVC 증식율의 향상과 함께 배양 내 SSEA-4(+) 세포의 비율을 증가시킴-> PVC 의 체외 분화능 또는 체내 재생능을 향상하는데 매우 중요할 것으로 여겨진다 .

결론 본 연구에서는 인간 탯줄의 혈관으로부터 PVC 를 효소처리 없이 성공적으로 분리 및 배양함으로써 기존의 효소처리에 의한 문제점을 제거함과 동시에 보다 동질성 (homogeneity) 이 높은 PVC 배양을 유지하는데 매우 효과적임을 처음으로 증명하였다 .

bFGF 의 첨가가 PVC 배양 내 미분화 표지인자의 발현빈도 를 증가로 체외 증식능 및 분화능을 향상시킬 수 있는 매우 중요한 요소임을 제시함으로써 재생의학에 적합한 PVC 의 체외 유지에 대한 새로운 방법을 제시하였다 .

향후 연구계획 본 연구의 결과를 토대로 향후 임신성 당뇨의 환자의 혈관 손상 및 기능장애에 관련된 PVC 의 역할과 유전학전 조절 기전에 대해 연구 중이다 .

결론 ( I ) 본 연구에서는 최근 다양한 질병치료를 위해 주목 받고 있는

PVC 의 효과적인 분리 및 체외 증식방법에 대해 소개하였다 .

PVC 는 최근 체내에 존재하는 모든 MSC 의 기원이 되는 세포로 알려진 이후 현재 재생의학을 위해 다양한 전임상과 임상시험 또는 이미 상용화되고 있는 줄기세포치료제보다 증식능 및 재생능이 우수한 것으로 평가되고 있다 .

비침습적이고 윤리적 문제로부터 자유로운 분만 시 탯줄을 이용한 PVC 의 효과적인 분리 및 배양방법의 확립은 다양한 질병치료를 위한 새로운 줄기세포치료제의 개발에 매우 유용할 것으로 판단된다 .

경청해 주셔서 감사합니다 .