분자유전학실험실 (단국대학교 분자생물학과)



 관리자 ( 2010-03-15 13:36:34 , Hit : 5251
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 쥐를 이용한 동물 실험이 얼마나 효과가 있을까?


KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2010-03-15
2010년 3월 9일자 사이언스데일리(SciencDaily)에 따르면, 쥐를 이용한 동물 실험이 얼마나 효과적일까에 대한 의문이 제기되었다. 쥐를 이용한 동물 실험은 인간 생물학에 관한 연구에 있어서 가장 중요한 모델 생명체로 이용되고 있다. 쥐는 인간과 생김새는 매우 다르지만, 여러 방면에 있어 호모 사피엔스(Homo sapiens)와 근본적인 수준이 비슷하기 때문이다. 예를 들면, 쥐 유전자의 99%가 인체 게놈 서열(genome sequence)과 일치한다. 그래서 인간의 배아 줄기 세포에 대한 실험을 수행하기 전에 구체적인 연구 방향을 정하고, 이에 대해 동물 세포를 이용한 선검증(clarified in advance)을 할 것을 법으로 규제하고 있다. 그러나, 뮌스터(Munster) 소재의 맥스 플랭크 연구소(Max Planck Institute)의 분자 생의학(Molecular Biomedicine) 연구실의 한스 쇨러(Hans Scholer)를 비롯한 과학자들은 최근 연구를 통해 이런 시험이 종종 무의미하며 가끔씩 오해의 소지를 불러온다는 것을 입증하였다.

쥐의 배아 줄기 세포(ES cells, embryonic stem cells)에 대한 연구 결과들을 어느 정도까지 인간에게 적용할 수 있을지에 대해 지난 몇 년 동안 과학자들은 의문을 품어오고 있다. 인간과 쥐의 배아 줄기 세포(ES cells)가 모두 만능 세포(pluripotent)라는 것은 확실한 사실이다. 전체적으로 200가지 이상되는 세포 종류 중에서 어떠한 체세포 형태로든 변할 수 있는 능력이 있는 세포가 만능 세포이다. 예를 들면 두 형태의 세포 모두 활성화 악토4(Oct4) 전사인자(transcription factor)를 가진다. 이것은 만능 세포(pluripotent) 기능을 유지하기 위해 필수적인 유전자로써, 달걀 세포를 형성할 뿐만 아니라, 배아 줄기 세포(embryonic stem cells), 초기 배아 세포(early embryos), 또는 불멸자(immortal) 세포를 형성할 수 있다. 그런데, 현재 또 다른 측면으로, 인간과 쥐의 배아 줄기 세포가 엄청나게 다르다는 것을 과학자들이 발견했다. 예를 들면, 쥐의 간, 신경 또는 근육 세포를 작동시키는데 이용되는 어떤 신호 물질들이 인간의 배아 줄기 세포(ES cells)에서는 반응이 나타나지 않거나, 또는 전혀 다른 효과가 나타나기도 한다.

이러한 이유는 아직 불분명하다. 하지만, 2007년 두 연구팀은 쥐의 배아 세포에서 유망한 새로운 형태의 만능 세포(pluripotent)를 분리시키는데 성공했다. (Brons et al., Nature 448, 2007) 상배엽(epiblast) 줄기 세포 (EpiSC)로 알려진 이들 세포들은 만능 세포(pluripotent)이다. 그러나 낭포(blastocyst, 囊胞) 단계에서 생성된 지 몇 일이 지난 배아(embryo)로부터 얻어지는 전통적인 배아 줄기 세포와 다르게 이들은 배야 생성 마지막 단계에서 얻어진다. 자궁(uterus) 내에 막 자리를 잡고 있는 배아 세포에서 이 만능 세포들이 얻어지기 때문에 상배엽(epiblast) 줄기 세포라고 불린다. 정말 믿기 힘든 것은 쥐에서 얻어진 상배엽(epiblast) 줄기 세포가 사실상 생성에 있어 한 단계 진보 상태에 있음에도 불구하고, 전형적인 쥐의 배아 줄기 세포보다 인간의 배아 줄기 세포와 더 비슷하다는 것이다. 예를 들면, 쥐에서 얻어진 상배엽(epiblast) 줄기 세포와 인간의 배아 줄기 세포에게 FGF2 성장 인자라는 특정 호르몬(hormone)를 부여하면, 이 두 종류 세포 모두 자라서 어떤 종류의 조직으로든 바뀔 수 있는 단계에 도달하게 된다. “일반적인 과학적 관점에서 볼 때, 쥐의 상배엽(epiblast) 줄기세포는 인간의 배아 줄기 세포와 거의 동일하다.”라고 본 연구 논문의 주 저자인 보리스 그레버(Boris Greber)는 말했다.

그 러나 생화학자 그레버(Greber)는 좀 더 많은 것을 알기 원했다. 그래서 그와 동료들은 쥐의 상배엽(epiblast) 배아 줄기 세포와 인간의 배아 줄기 세포가 다른 성장 인자와 억제 유전자에 어떻게 반응하는지를 관찰했고, 연구진은 이 두 형태의 세포들이 결정적으로 다르다는 것을 발견했다. 쥐의 상배엽(epiblast) 줄기 세포의 경우에서와 달리, FGF 성장 인자는 인간의 배아 줄기 세포(ES cells)의 자가 재생(self-renewal) 을 활발히 이끈다. “궁극적으로, 이것은 특별히 의학적으로 관련이 있는 동물 세포에 대한 예비 실험 연구가 필요 없을 뿐만 아니라 이러한 종류의 선행된 실험의 결과가 오해를 불러올 수 있음을 의미한다.”라고 인간의 배아 줄기 세포는 지속적으로 미래의 줄기 세포 연구에 있어 절대적으로 필수적인 요소라고 생각하는 한스 쇨러(Hans Scholer)는 설명했다. “성숙한 인간 체세포(somatic cells)를 다시 프로그램화하는 작업에 대한 최근 성공으로 인해 때때로 인간 배아 줄기 세포를 이용한 시험이 오늘날에는 불필요한 것처럼 보이기도 한다. 과학자들을 현혹시킬만 현상이다.” 하지만, 현재까지도 재프로그램화 기술과 선별적 세포 분화에 대해서도 아직 완전히 개발되지 않았기에, 줄기 세포에 대한 연구가 필요없다고 하는 것은 성급한 판단일 수 있다.

일정한 양식에 맞추어 과학자들이 다루는 세포의 부분만이 정확한 속성을 보일 것이다. 보이기 시작한다. 완벽하게 재프로그램되어지는 과정에서 실패한 수많은 세포들 중에서 성공적으로 변형된 세포를 골라내는 작업은 정교해야만 하고, 많은 시간이 소모되는 실험을 통해서만 가능하다. “우리의 최근 연구는 이러한 종류의 많은 시험에 대해서 동물 모델 시스템이 불충분하다는 것을 시사한다.”이라고 쇨러(Scholer)는 말했다. “여러 곳에 널리 쓰이는 표준화된 금처럼, 특별히 안전하고 효과적인 줄기 세포 치료법을 개발하는 것에 대해 말할 때는 인간 배아 줄기 세포가 필요할 것이다. 동물 세포에 대한 오랜 선행 연구는 시간과 자원을 낭비하는 일일지도 모른다.”

1. 그림: 쥐의 상배엽(epiblast) 줄기 세포
2. 원문 정보: Greber et al. Conserved and Divergent Roles of FGF Signaling in Mouse Epiblast Stem Cells and Human Embryonic Stem Cells. Cell Stem Cell, 2010; 6 (3): 215 DOI: 10.1016/j.stem.2010.01.003
3. 배아 줄기 세포(ES cells, embryonic stem cells): 생체를 구성하는 모든 조직으로의 분화능력을 가진 세포로서 수정란의 분열 과정 중 얻을 수 있는 일종의 미숙한 세포로 배성간세포(陪星幹細胞) 또는 만능세포라고 한다. 생체를 구성하는 모든 조직으로 분화할 수 있는 능력을 갖고 있는 세포이다. ES 세포는 수정란이 분열을 되풀이하여 어느 정도의 세포의 덩어리가 되었을 무렵에 그 일부를 떼어내서 배양함으로써 얻어진다. 생물은 1개의 수정란에서 발생하여, 세포분열을 되풀이함으로써, 근육, 혈관, 신경, 뼈 등의 조직을 만들어낸다. 이때 조직이 되기 전의 세포는 일종의 미숙 상태이기는 하지만, 조직으로 분화할 수 있는 능력을 갖고 있다. 이 중에 ES 세포는 다른 배에 섞어서 이를 배양했을 때 생체의 조직이나 기관을 인위적으로 만들어내는 것을 가능하게 하며, 기술적인 문제만 해결된다면 재생의료로서, ES 세포에서 필요한 장기를 만들어 내어 장기이식에 이용되는 것도 가능할 것으로 보고되고 있다. 그러나 사람의 ES 세포로부터 복제인간을 제조할 수도 있다는 윤리적 문제에 대한 우려도 제기되고 있으며, 일본에서는 ES 세포의 윤리적 문제를 논의할 ‘인간 배아 연구소 위원회’를 설치하여, 지나친 연구에 대해 제재하고 있다. http://100.naver.com/100.nhn?docid=781791를 참고하여 요약하였음.

출처 : http://www.sciencedaily.com/releases/2010/03/100308095445.htm







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