분자유전학실험실 (단국대학교 분자생물학과)



 이성욱 ( 2010-02-01 09:04:19 , Hit : 5295
 유도만능줄기세포는 필요 없어

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2010-01-29

  
미국 미국 스탠포드대학 (Stanford University)의 연구진은 섬유모세포 (fibroblast)에서 중간 단계인 다능성 (pluripotent)의 성질을 가지는 유도줄기세포로의 역분화과정을 거치지 않고 신경세포 (neuron)의 기능을 지닌 세포를 유도하는데 성공하였다. 이 연구는 세포의 놀라운 유연성을 보여주는 실험으로 1월27일자 Nature 저널의 온라인판에 발표되었다 (“Direct conversion of fibroblasts to functional neurons by defined factors”, Nature, doi:10.1038/nature08797).

유럽 분자 생물학 연구소 (European Molecular Biology Laboratory)와 독일 퀼른대학 (University of Cologne)의 분자 유전학자인 Mathias Treier 박사는 매우 흥미로운 연구라고 이 연구의 의의를 설명한다. "이 연구는 세포가 다능성 상태를 거치지 않아 종양이 형성될 수 있는 잠재력을 피하면서 세포 자신의 운명을 전환할 수 있다는 것을 보여줍니다. 미래에는 적당한 유전자의 칵테일 믹스를 이용하면 이러한 전환이 다른 조직과 장기에서도 가능할지도 모릅니다.” 라고 말했다.

이 연구는 일본 은가 발견한 4 개의 전사 인자들이 이미 분화된 세포들을 다능성을 가진 유도줄기세포 상태로 되돌릴 수 있고 그 세포들은 또 다시 다른 세포들로 분화될 수 있다는 연구로 부터 영감을 얻었다. 하지만 미국 스탠포드대학 의 줄기세포 생물학자인 Marius Wernig은 이러한 일련의 분화와 역분화, 그리고 재분화 과정에 지름길이 있을 수도 있지 않을까 의문을 품었다. 뒤로 돌아 갔다가 다시 앞으로 가는 것이 아닌 바로 섬유모세포에서 신경세포로 전환할 수 있을까 하는 의문이다.

이 질문에 Wernig와 그의 동료 연구자들은 19가지의 신경 조직들이 발현하는 유전자들을 포함하는 lentiviruse를 마우스 배아 섬유모세포 (mouse embryonic fibroblasts, MEFs)에 주입했다. 32일 이후에 MEFs는 전형적인 신경 세포의 형태를 띠게 되었다 (첨부된 그림 참조). 19개의 유전자중에서 5개나 3개의 유전자로 이루어진 조합을 이용한 추가 실험을 통해 연구진은 3개의 유전자 - Asc1, Brn2, Myt1l -들이 MEFs 뿐 만 아니라 생후 섬유모세모 (postnatal fibroblast)까지도 신경 세포로 분화시킬 수 있는 것을 밝혀냈다.

그러나 이것은 하나의 성인 세포로 부터 다른 세포로의 전환을 보여주는 첫 번째 예는 아니다. 예를 들어 2008 년에 과학자들은 마우스 유래의 성숙한 췌장 외분비샘 세포 (pancreatic exocrine cells)로 부터 베타 세포 (beta- cells)를 닮은 세포로 전환시키는 데 성공하였다. 최근에는 난소에서 Foxl2 유전자의 결핍이 난소를 고환으로 전환시켰다 (GTB2009120152). 이러한 연구들은 세포의 다능성 단계가 분화된 세포들간의 교차 분화에 필수적이지 않을지도 모른다는 것을 시사한다.

이전의 몇몇 연구들도 다양한 세포들이 신경 세포와 유사한 세포들로 분화된다는 것을 보여주었다. 하지만 이번 연구에서는 처음으로 기능적으로 완전한 - action potentials을 생성하고 다른 신경 세포들과 시냅스를 형성할 수 있는 - 신경 세포로 분화된 것에 그 의의가 있다. 따라서 유도된 신경세포 (induced neuronal cells, iN)들을 기존의 신경세포들과 함께 배양할 경우 기존의 세포들과 함께 집적되어 신경의 기능을 수행할 수 있다는 것이다.

다능성 상태로의 역분화과정을 거치지 않는 것으로 얻을 수 있는 주요 장점은 종양의 형성을 피할 수 있다는 것이다. 다능성의 세포는 증식이 용이하므로 쉽게 종양을 형성할 수 있다. 하지만 신경세포를 유도하기 위해 사용한 유전자들은 세포들의 분열을 멈추게 하므로 종양 형성을 막는 유전자라고도 할 수 있다.

하지만 유도 신경세포의 단점은 배양으로 세포를 증식시킬 수 없다는 점이다. 다능성 상태는 세포들은 많은 양으로 증식시킬 수 있는 반면, 이 연구에 이용된 방법은 일대일 (1:1) 식의 전환이 되는 것이다. 그럼에도 불구하고 연구진은 20퍼센트의 전환 효율을 보여주었다. 이것은 0.1에서 0.01의 낮은 전환율을 보이는 유도줄기세포에서 얻을 수 있는 것보다 휠씬 높은 효율이다.

더군다나 세포의 변환을 위해 삽입한 유전자들은 유전적으로 위험할지도 모른다. 종양 형성을 유도하는 유전자가 아니더라도 잠재적으로 해로울 수 있다. 예를 들어 유전자 조작 과정이 종양 형성 유전자들을 활성화시킨다거나 종양 억제 유전자들의 기능을 방해할 수도 있을지도 모른다.

이러한 문제점들은 유전자 요소들은 비유전자 요소들 (단백질 삽입, 비직접된 lentivirus나 플라스미드를 이용)로 전환하는 것에 의해 극복될 수도 있다. 현재로써는 이번 연구는 매우 흥미로운 연구 결과로 특정한 신경 계통의 질병들 (파킨슨병, 우울증, 자폐증)을 연구하는 모델로 이용될 수 있을 것으로 보인다.

미국 하버드대학의 저명한 줄기세포 생물학자인 George Daley 교수는 이번 연구는 기존의 유도줄기세포의 연구로 부터 새로이 형성된 연구로서 가까운 미래에 유사한 더 많은 연구들이 진행될 것으로 예상하였다.









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