KoNIBP 재단법인 국가생명윤리정책원 (KOREA NATIONAL INSTITUTE FOR BIOETHICS POLLICY)

 ※ 기사. Epigenetics and cell diversity in the embryo

https://phys.org/news/2020-07-epigenetics-cell-diversity-embryo.html

※ 저널. Epigenetic regulator function through mouse gastrulation

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2552-x

독일 막스플랑크분자유전학연구소(MPIMG; Max Planck Institute for Molecular Genetics) 연구팀은 배아가 발달할 때 후성유전학적(epigenetic) 인자(factors), 즉 DNA 염기서열(sequence)을 바꾸지(alter) 않고 그 포장(packaging; 돌돌 말려 뭉쳐있음)을 조절하는(modify) 인자의 역할을 탐구함. 생쥐의 초기 배아에서 조절 기작(mechanisms; 생물의 생리적인 작용을 일으키는 기본 원리)이 각각 다른 조직과 장기를 형성하는데 어떻게 기여하는지 서술한 연구논문이 Nature 저널에 실림.

배아 정밀검사

연구팀은 가장 중요한 후성유전학적 조절인자 10종을 분석함. 유전자가위(CRISPR-Cas9)를 이용하여 수정난모세포 내 조절인자에 대한 유전자 코딩(genes coding)을 특수하게 제거하고, 며칠 후 배아 발달에 미치는 영향을 관찰함.

배아가 발달한지 6~9일 째에 연구팀은 각각의 조절인자가 없어서 발생하는 해부학적 변화와 분자의 변화를 조사함. 많은 배아의 세포 구성이 상당히 변했다는 점을 발견함. 특정 유형의 세포는 지나치게 많은 수가 존재한 반면, 다른 유형의 세포는 전혀 생산되지 않았음.

수천 개의 개별세포 분석

이러한 변화를 분자 수준에서 이해하기 위해 연구팀은 후성유전학적 조절인자 하나가 의도적으로 제거된 배아 내 개별세포 수백~수천 개를 조사함. 기능 상실의 결과를 조사하기 위해 개별세포 28만개의 RNA분자 염기서열을 분석함. RNA는 DNA에 암호화된(encoded on) 정보를 전달하며, 연구자들이 염기서열분석기술을 이용하여 세포의 정체(identity)와 작용(behavior)을 이해할 수 있게 해줌.

연구팀은 후성유전학적 조절인자가 특히 중요한 발달 단계에 초점을 맞춤. 정상 배아와 조절인자가 제거된 배아의 데이터를 비교하자, 제대로 조절되지 않은 유전자와 비정상적으로 과대 또는 과소 생산된 세포 유형이 드러남. 이 전체적인 그림에서 많은 후성유전학적 조절인자들의 몰랐던 기능을 추론함.

발달 중 복합적 효과

8일 된 생쥐 배아는 해마와 약간 닮았고, 아직 장기가 생겨나지 않음. Kretzmer와 Smith는 “초기 배아의 외관으로부터는 어떤 구조물과 장기가 형성되고 어떤 것이 형성되지 않을지 추측할 수 있을 뿐”이라면서 “우리의 염기서열분석은 훨씬 정밀하며 해상도도 높다”고 밝힘.

연구팀은 PRC2가 생식계열 전구세포(앞으로 정자와 난자가 되는 세포)의 수량을 제한할 책임을 진다는 점을 발견함. 배아는 PRC2가 없으면 이러한 세포의 수가 과도하게 발달하여, 형태를 잃고, 짧은 시간 후에 죽음.

추가분석을 위한 출발점

교신저자(Alexander Meissner)는 “새로운 기술의 결합으로 연구팀은 25년 동안 허공에 떠돌던 문제를 해결했다”면서 “우리는 후성유전학적 조절인자가 신체 내 다양한 유형의 세포를 어떻게 배열하는(arrange)지를 더 잘 이해하게 되었다”고 밝힘.