인간 유전자의 이름을 지정하면, 이 유전자가 발현이 멈추었을때 세포 분열이 일어나는 동안 세포에 무슨 일이 일어나는지에 대한 동영상을 온라인 상에서 볼 수 있는 시대가 올 것이라고2010년 4월 6일자 사이언스데일리(ScienceDaily)에서 전하고 있다. 관련 연구는 독일 하이델베르크(Heidelberg)에 소재한 유럽 분자생물학 연구소(EMBL, European Molecular Biology Laboratory)의 연구진과 미토첵(Mitocheck) 협력단(consortium)의 동료 연구원들에 의해 진행되었다. 세포 분열의 가장 일반적인 형태인 유사분열(mitosis)과 관련된 유전자들을 이들 연구팀은 찾아내었고, 이들 결과를 무료로 공개하려 하고 있다. 가장 기초적인 생명활동의 과정 중 하나로 한 개의 세포가 어떻게 두 개의 세포들로 분열하는지에 대한 분자 운동의 미스터리를 풀기 시작했다고 보고한 본 연구 논문은 네이처(Nature) 지에 게재되었다.
“유사분열 없이는 생명을 유지할 수 없고, 유사분열이 비정상적으로 일어나면 암과 같은 신체 결함이 발생한다.”라고 본 연구를 주도한 유럽 분자생물학 연구소의 잔 엘렌버그(Jan Ellenberg)는 말했다. 엘렌버그와 동료 연구원들은 인간의 세포에는 2만 2천 개의 유전자가 있는데, 거의 600 개가 유사분열과 관련있다는 엄청난 사실을 이 연구를 통해 알게 되었다. 유사분열에 관련된 유전자를 밝히기 위해서, 과학자들은 살아있는 세포를 관찰할 수 있는 새로운 고효율 이미징법을 개발했다. 각각 서로 다른 세포 집단에서, 2만 2천 개의 인간 유전자 각각을 하나씩 휴면 상태 또는 비활성화시켜, 이들 세포들을48시간 동안 현미경을 이용하여 이 모든 세포들을 관찰하였다. 본 기술을 이용하여 약 20만 개의 이미지로 구성된 유사분열 동영상을 만들었다. 한 사람이 이 엄청난 양의 정보를 분석하는 것은 거의 불가능해 보이며, 심지어 여러 사람이 팀을 이루어 분석하는 것도 쉬운 일은 아닐 것이다. 그래서 각각의 장면을 분석하고, 세포에서 보여지는 결함 특성 또는 어떤 순서로 무엇을 할 것인지를 결정하는 능력을 자동으로 감지하는 새로운 컴퓨터 프로그램을 개발하였다. 한 가지 예를 들면, 비활성화된 특정유전자로 인해 세포가 세포 분열 후 한 개가 아닌 두 개의 세포핵을 가지는 경우를 이 장치를 통해 식별할 수 있다. 연구팀은 유사분열을 관장하는 유전자를 식별할 수 있었고, 추가 생물학적 실험으로 이 유전자를 검증했다.
“유사분열 과정에 대한 모든 영상과 분석 결과를 온라인상에서 무료로 이용할 수 있게 만들어, 과학계에 있어 길이 빛날 매우 풍부한 자료를 우리가 제공하고 있다는 것이 우리의 최종결과 이다.”라고 엘렌버그는 강조하였다. “웹사이트에 관심있는 유전자 이름을 지정하면, 이 유전자가 휴면 상태에 있을 때 세포에 어떤 일이 벌어지는 지에 관한 모든것을 과학자들은 관찰할 수 있다. 또한 어떤 다른 유전자들이 비슷한 영향을 미치는지도 알 수 있다. 실제 이 모든 일들은 실험실에서 몇 달 혹은 몇 년이 걸릴 수도 있지만, 단지 몇 번의 마우스 클릭만으로 모든 것을 관찰 할 수 있다.”라고 엘렌버그는 덧 붙였다.
하지만 유사분열 과정을 완전히 해석한 것은 아직 아니라고 과학자들은 말한다. 유사분열과 관련하여 분자 수준에서 유전자들이 어떻게 작용하는지에 대해 과학자들은 아직까지 정확하게 밝히지 못하고 있는 실정이다. 이 연구팀은 미토시스 (Mitosys)라 명명된 기술 과제에서 이런 문제점을 해결할 계획이다. 또한 분자단위의 유사분열에 관한 모든 연구 결과도 온라인에서 무료로 이용할 수 있게 만들 것이며, 이는 엘렌버그가 묘사한 유사분열 연구의 ‘원-스톱-샵(one-stop-shop)’이 될 것이다. 당분간, 유럽 분자생물학 연구소 과학자들이 개발한, 빠르고 조직적인 방법으로 생명체의 모든 유전자를 휴면 상태로 만들 수 있는 새로운 방법론은 그 자체로 과학계에 큰 성과라는 것을 증명해 보여줄 것이다. “본 연구의 성과는 우리가 미세간섭 RNA(siRNA, small interfering RNA) 마이크로배열을 개발한 지 일년만의 일이다. 우리가 개발한 컨텐츠는 이미 10개 이상의 유럽 연구 그룹에서 사용되어지고 있다.”라고 유럽 분자생물학 연구소의 방법 개발(method’s development)을 이끈 라이너 페퍼콕(Rainer Pepperkok)은 말했다.
암세포 계통에서 널리 연구 중인 헬라 세포(HeLa cells, 자궁 경부암 종양에서 뜯어낸 친암(親癌) 세포)가 이번 연구에서 이용되었다. 엄청나게 많은 2만 2천 개의 인간 유전자들중에600개 정도의 유전자가 유사분열과 관련되어 있다고 밝혔기 때문에, 앞으로는 다른 암세포와 건강한 세포에서 이들 600개 유전자들이 어떻게 활동하는지 살피면 될 것이다. 건강한 세포와 암세포의 비교 결과는 진단에 사용될 뿐만 아니라 더 나은 치료 방법를 결정하는데 도움을 줄 것이다. 이번 연구는 미토첵 (Mitocheck) 협력단의 사업의 한 부분으로 진행되었는데, 이 사업단은 오스트리아(Austria) 비엔나(Vienna)에 위치한 분자병리학(Molecular Pathology) 연구소 잔-마이클 피터스(Jan-Michael Peters)가 기획했다. 웹사이트 www.mitochech.org에서 본 연구 성과에 대한 데이터를 이용할 수 있다.
1. 그림 설명: 본 이미지는 세포 분열을 보여주고 있다. 서로 다른 여러가지 유전자들이 휴면 상태에 있는 인간 세포를 촬영한 몇 장의 현미경 이미지로 구성된다. 본 이미지들은 유전자의 효과에 따라 각각의 위치가 결정되는데, 염색체에 영향을 미치는 유전자는 붉은색의 유전자를 구성하는 반면에 체세포 분열 방추사 (mitotic spindle)에 영향을 미치는 유전자는 녹색의 체세포 분열 방추사로 구성된다. (출처: 토마스 월터(Thomas Walter) & 주타 벌크쉬어(Jutta Bulkescher) / 유럽 분자생물학 연구소)
2. 원본 논문: Neumann et al. Phenotypic profiling of the human genome by time-lapse microscopy reveals cell division genes. Nature, 2010; 464 (7289): 721 DOI: 10.1038/nature08869
