배아줄기세포의 전분화능 단계
KISTI미리안 '글로벌동향브리핑' 2012-06-19
광범위 질병의 치료 가능성과 이들 질환에 이르는 기본 프로세서의 발견 가능서을 가진 배아줄기(embryonic stem, ES) 세포는 의료과학 분야의 지대한 관심거리이다. 그러나 과학적 비과학적인 수많은 장애물들은 심장병, 당뇨병, 알츠하이머를 비롯한 질환의 치료에 이들 특수 세포들의 이용을 어렵게 하고 있다.
학술지 Nature에 6월13일 실린 논문에서 소크 연구소(Salk Intitute)연구팀은 배아 발달 초기 단계에서 ES세포들이 "마술적 상태(magical state)"로 들어가고 나가는 것, 그리고 그 동안, 세포 능력(Cell potency - 특정 기능을 가진 세포로 분화, 또는 발달하는 포괄적인 능력)에 필수적인 배터리 유전자들이 활성화 되는 것을 확인했다고 보고한다. 전형성능(totipotency)이라고 하는 이 독특한 능력은 ES세포가 어떤 유형의 세포도 될 수 있게 하는 고유의 능력을 갖게 하며, 그리고 바로 이 때문에 ES가 매력적인 치료적 타깃이 된다.
선임자인 파프(Samuel L. Pfaff)교수에 따르면, 이번 발견은 세포의 발생적 잠재력에 중요한 유전자들의 네트워크에 대해 새로운 이해를 제공한다고 한다. 이 연구팀은 배아줄기 세포들이 더 이른 단계(youthful state)로 재설정되는 메커니즘을 확인했는데, 더 이른 상태에서의 세포들은 가소성(plastic)이 더 좋고, 그래서 질병, 상해 그리고 노화 관련 치료수단으로 더 유용할 가능성이 있다고 한다.
ES세포는 마치 요술고무처럼, 적절한 환경이 주어지면 특정 세포 즉, 피부 세포나 췌장 세포로 유도될 수 있다. 발생의 초기 단계에서 배아가 5~8개의 작은 세포로 되어있을 때, 그 줄기 세포는 전형성능 상태이고 어떤 유형의 세포로든지 발달될 수 있다. 3~5일 후, 그 애바는 배반포로 불리는 공 모양의 세포덩어리가 된다. 이 단계에서 줄기세포는 다능성(pluripotent)인데, 이는 이들이 거의 모든 유형의 세포로 발달될 수 있다는 것을 의미한다. 그리고 세포가 분화하기 위해서는 그 세포 내부에서 특정 유전자들이 활성화 되어야 한다.
파프팀은 수정 직전과 직후에 활성화되는 유전자들을 확인하기 위해서 난모세포(oocytes)라고 하는 미성숙한 생쥐의 난세포와 2-세포 단계 배아(two-cell-stage embryos)에서 RNA시퀀싱 (sequencing)을 했는데, 이 기술은 어떤 유전자가 활성화 상태인지를 모니터 하는 유전체 시퀀싱 유래의 신 기술이다. 그리고 전형성능이라는 특정 상태와 연결된 일련의 유전자들이 확인되었고, 그 유전자들이 인접한 레스로바이러스(retroviruses)에 의해 활성화되는 것이 관찰되었다.
사람 유전체의 약 8%정도가 우리 조상에서 있었던 바이러스 감염의 고대 유물로 구성되어있는데, 이는 세대를 거쳐 유전되고 있지만 감염을 일으킬 수는 없다. 파프팀은 이들 바이러스의 일부를 세포 자신의 유전자의 스위치(on-off switches)를 조절하는 수단으로 이용한다는 것을 발견했다. 배아 발생 초기의 특정한 때에 수백의 유전자를 활성화시키는데 고대 바이러스의 잔해를 이용함으로써 세포에게 어떤 유형의 조직이든지 만들 수 있는 능력을 부여하는 것이다.
이런 관찰로 미루어, 이유는 알 수 없으나 이들 바이러스가 매우 엄격하게 통제되고 배아발달 동안 매우 짧은 순간 동안만 활성화된다고 한다. 이 연구팀은 배아형성 초기에 ES세포를 확인하여 그 배아의 발달을 더 진행시키고 배양접시에서 배양했다. 그리고 매우 드문 그룹의 특정 ES세포가 레스로바이러스를 이용하여 가소성이 더 높고, 젊은 상태로 회귀하여 발달 포텐셜(developmental potential)을 더 증대시킨다고 한다.
파프팀은 또한 거의 모든 ES세포가 그 특정한 마법적인 상태로 드나든다는 것을 발견했다고 한다. 그리고, 만약 이 순환이 일어나지 못하게 되면, 그 세포의 폭 넓은 포텐셜이 제한되는 것 같다고 한다. 그 마법적 상태가 치료목적을 위한 ES세포 모으기에 적합한 시기라고 말하려면, 연구가 더 진행되어야 하겠지만, 만들어 질 수 있는 조직의 유형을 확장하는 데 도움이 되는 유전자들을 찾아내는 목적으로 세포를 그 특정 상태로 들어가게 강제하는 수단이 활용될 수 있다고 한다.
자료출처 : http://mirian.kisti.re.kr/gtb_trend/pop_gtb_v.jsp?record_no=231330&site_code=SS1026
원문출처 : http://www.eurekalert.org/pub_releases/2012-06/si-so061312.php