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유전자를 활성화시켜 쥐의 줄기세포를 난자처럼 수정될 수 있는 세포로 변환시킬 수 있다는 연구가 나왔다.

일본 규슈대 연구팀은 유전자 조절 단백질을 생산하는 유전자 8개만을 활성화시키면 줄기세포를 난자 전 단계의 난모세포 같은(oocyte-like) 세포로 직접 변환시킬 수 있고, 이 세포는 성숙한 뒤 난자처럼 수정까지도 가능하다는 사실을 확인해 과학 저널 ‘네이처(Nature)’ 16일 자에 발표했다.

이번 연구는 난자 세포 발달 메커니즘에 대한 새로운 통찰을 제시하는 한편, 생식생물학과 의학에서 활용되는 난모세포 고유의 고도로 특화된 물질의 생성 경로를 새롭게 제시했다는 평가를 얻고 있다.



새로운 창조의 첫 단계, 난모세포

수정을 위한 난자 세포로 성숙할 때까지 몸 안에 저장되는 난모세포는 새로운 생명을 창조하는 첫 단계를 나타낸다.

이 세포들은 개체를 형성하는데 필요한 200 종류 이상의 고도로 분화된 세포를 생성할 수 있는 능력 때문에 매우 독특한 존재로 여겨진다. 난모세포의 핵심 능력 가운데 하나는 세포를 채우고 있는 액체 같은 세포질 안의 물질들을 복잡하게 혼합하는 능력이다.

난모세포와 그 세포질은 매우 놀랄 만한 능력을 지니고 있어 난모세포의 DNA가 포함된 핵을 ‘체세포 핵이식’이라 불리는 과정을 통해 체세포 핵으로 대체함으로써 새로운 생명을 생성할 수 있다. 이는 이미 유명한 돌리 복제 양에서 증명된 바 있다.

따라서 난모세포와 그 발달에 대한 기본적인 이해는 생식의학을 발전시키고 생명의 번식을 더욱 잘 파악하는데 중요하지만, 난모세포 발달을 조율하는 많은 유전자에 대한 지식은 아직 부족한 것으로 여겨지고 있다.



빠르고 쉽게 변환돼

일본 규슈대 의학부 가츠히코 하야시(Katsuhiko Hayashi) 교수팀은 이번 연구에서 쥐의 난모세포 발달을 분석해, 난모세포 발달에 필요하고 쥐의 줄기세포를 직접 ‘유사 난모세포’로 변환할 수 있는 전사 인자인 유전자 촉발 단백질을 만드는 8개의 유전자를 식별해 냈다.

논문 제1저자인 노부히코 하마자키(Nobuhiko Hamazak) 조교수는 “몇 가지 인자만을 도입했는데도 쥐의 줄기세포가 그렇게 빠르고 쉽게 난모세포 형태를 갖추는 것을 보고 처음에는 믿지 못했는데, 반복된 실험을 통해 사실임이 입증됐다”고 밝혔다.

그는 “여덟 개의 전사 인자가 이런 큰 변화를 가져올 수 있다는 사실이 매우 놀랍다”고 덧붙였다.

하야시 교수팀은 일본 이화학연구소(RIKEN) 과학자들과 협력해 쥐의 배아줄기세포와, 성체세포로부터 창출될 수 있는 유도만능줄기세포(iPS)들이 여덟 개의 전사 인자를 강제 생성했을 때 일관되게 ‘유사 난모세포’들로 변환된다는 사실을 발견했다. 어떤 경우에는 네 개 인자만이 충분히 생성됐는데, 이때는 재현성이 좋지 않았다.

하야시 교수는 “이 줄기세포들이 자연적으로 발생하는 동일한 단계를 따르지 않고도 유사 난모세포로 직접 변환될 수 있다는 것은 놀라운 일”이라고 말했다.



“미토콘드리아 교체 치료에 활용 가능”

유사 난모세포들은 통상 난모세포 주변에서 발견되는 다른 세포들이 존재하는 가운데 성장하면서 성숙한 난자 세포와 유사한 구조로 발달했다. 그러나 염색체 구조가 정상적인 난모세포와 달랐다.

성숙한 유사 난모세포들은 그럼에도 불구하고 시험관 내에서 수정될 수 있었고, 수정 후 8세포기까지 발달했다.

유사 난모세포들의 수정된 핵은 장기적으로 사용할 수 없으나, 생식생물학 연구나 미토콘드리아 교체 요법같이 난모세포의 세포질이 필요한 응용분야에서는 문제가 되지 않는다. 미토콘드리아 교체 요법은 산모의 미토콘드리아 관련 질병이 자녀에게 전해지는 것을 막기 위해 미토콘드리아를 교체하는 치료법이다.

하야시 교수는 “난모세포의 세포질은 생식생물학 및 의학에서 매우 귀중한 자원으로, 이번에 발견한 방법은 침습적 절차 없이 이 세포질을 대량 생산할 수 있는 새로운 도구를 제공할 수 있다”고 설명하고, “사람에게 이 방법을 적용하려면 훨씬 복잡할 수 있으나, 이번 쥐를 대상으로 한 실험의 초기 연구 결과는 매우 유망하다”고 기대를 표했다.
 

김병희 객원기자  저작권자 2020.12.18 ⓒ ScienceTimes (원문출처)