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세포 내 트랜스포머 핵심인자 속속 발견
ㆍ작성자: 투모로	ㆍ작성일: 2011-08-04 10:12	ㆍ조회: 2970
ㆍ분류: 생물학	ㆍ추천: 0	http://paulus.woobi.co.kr
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세포 내 트랜스포머 핵심인자 속속 발견

피부세포를 신경세포로 직접 분화하는 데 성공해 세포 내 트랜스포머 핵심인자 속속 발견 피부세포를 신경세포로 직접 분화하는 데 성공해

▲ 영화 트랜스포머 속 변신로봇 변신로봇을 소재로 한 할리우드 블록버스터 ‘트랜스포머 3’가 흥행돌풍을 일으키고 있다. 벌써 시리즈 3편째인 트랜스포머가 매편마다 폭발적인 흥행성적을 기록하는 이유는 바로 이 영화가 변신하는 로봇들을 소재로 다루고 있기 때문이다. 주인공 로봇인 옵티머스 프라임을 비롯해 등장 로봇들은 로봇과 자동차 사이를 넘나들며 자유자재로 변신한다.

흥미로운 점은 옵티머스 프라임처럼 화려한 변신을 하는 것은 아니지만 우리 인체 내에도 시기와 환경에 따라 자유자재로 변신하는 주인공들이 존재한다는 점이다. 그 주인공은 인체를 구성하는 단위인 세포이다. 물론 모든 세포들이 다 변신을 할 수 있는 것은 아니다. 특별히 줄기세포의 경우 변신할 수 있는 능력을 지녔다.

줄기세포, 인체의 모든 세포 변신 가능

줄기세포는 인체의 모든 세포로 분화할 수 있는 잠재능력을 갖고 있다는 점에서 일반 세포와 차별성을 띤다. 이를테면 신경세포, 심장세포, 근육세포. 피부세포 등 인체를 구성하고 있는 모든 세포로 변화할 수 있다.

그렇다고 줄기세포가 아무 때나 변신하는 것은 아니다. 처음 정자와 난자가 수정해 수정란이 형성되고 태아가 성장하는 발달과정에서 줄기세포는 각각의 장기에 필요한 세포로 분화한다. 이렇게 발달과정 초기의 줄기세포를 배아줄기세포라고 일컫는다.

이를테면 뇌를 구성하는 신경세포는 신경줄기세포로부터 분화한다. 이 신경줄기세포는 배아줄기세포로부터 분화하는 셈이다. 족보를 따져보면 줄기세포, 신경줄기세포, 신경세포의 순으로 분화가 이뤄지는 것이다.

성체줄기세포는 배아줄기세포와는 달리 세포의 분화가 완료된 성인의 줄기세포를 일컫는다. 배아줄기세포가 배아단계의 줄기세포라면 성체줄기세포는 성장이 완료된 성인의 줄기세포라는 의미에서 성체줄기세포라고 부른다.

성체줄기세포 역시 배아줄기세포와 같이 다른 세포로 변신할 수 있는 능력을 가지고 있는 반면 배아줄기세포에 비해 변신능력이 떨어지는 것으로 알려졌다. 하지만 성인의 줄기세포를 이용한다는 점에서 배아줄기세포와 관련한 윤리적 논란에서 비교적 자유롭다는 장점이 있다.

줄기세포를 연구하는 과학자들의 관심 가운데 하나는 배아줄기세포가 갖고 있는 잠재적 변신능력과 윤리적 논란에서 자유로운 성체줄기세포의 특징을 혼합하는 것이다. 이러한 배경에서 탄생한 줄기세포가 유도만능줄기세포이다.

세포 변신의 핵심, 전사인자

유도만능줄기세포는 성인의 체세포를 배아줄기세포 단계로 유도한다고 해서 유도만능줄기세포라는 명칭이 붙었다. 또한 분화가 완료된 성인의 체세포를, 분화시점을 거슬러 올라가 배아줄기세포와 같은 단계로 되돌린다는 점에서 역분화 줄기세포라고도 부른다.

예를 들어 유도만능줄기세포 기술을 적용하면 성인의 피부에서 채취한 피부세포를 역분화를 통해 배아줄기세포와 같이 인체의 모든 세포로 분화할 수 있는 줄기세포를 수립할 수 있다. 지난 2007년 일본 도쿄대 신야 야마나카 연구팀과 미국 위스콘신 매디슨 대학 제임스 톰슨 연구팀은 각각 성인의 피부세포로부터 인간 유도만능줄기세포를 만드는 데 성공한 바 있다.

이들 연구팀은 서로 다른 역분화 시스템을 사용했지만 성공의 열쇠는 동일했다. 피부세포로부터 유도만능줄기세포를 만드는 데 핵심 역할을 한 것은 바로 전사인자(transcription factor)이다.

전사인자는 유전정보를 담고 있는 DNA가 RNA로 전사되는 과정에서 반드시 필요한 인자를 일컫는다. 인간을 비롯한 진핵생물은 원핵생물과는 달리 전사인자가 없으면 전사과정이 일어나지 않는다. 전사과정은 RNA가 단백질로 발현되는 번역과정 전 단계로 전사과정이 일어나지 않으면 우리 몸에서 단백질은 생성될 수 없다. 즉 DNA에서 RNA로 전사되고 RNA로부터 단백질이 번역되는 일련의 흐름으로 생명현상이 유지되는 것이다.

야마나카 연구팀은 Oct3/4, Sox2, Klf4, c-Myc이라는 4개의 전사인자를 이용했다. 역분화의 원리는 이들 4개의 전사인자를 바이러스 시스템을 이용해 성인의 피부세포에 감염시키는 것이다. 피부세포에 감염시킬 때는 유전자의 형태로 감염시킨다.

이렇게 피부세포에 감염되면 이들 유전자들이 단백질인 전사인자로 발현되면서 역분화 과정을 유도한다. 이 4개의 전사인자들은 역분화의 핵심역할을 하기 때문에 역분화 인자라고도 부른다.

전사인자의 그늘, 암세포로의 위험성

전사인자는 역분화만을 유도하는 것은 아니다. 동전의 양면성처럼 전사인자에도 부작용이 있다. 대표적인 문제점으로 지적되는 것이 암세포로의 위험성이다. 4개의 전사인자 가운데 일부는 암을 유발하는 유전자이다. 전사인자 가운데 하나인 c-Myc의 경우 전사인자이면서 종양 형성 유전자(proto onco gene)라고 불린다. 종양 형성 유전자는 정상적인 경우에는 암을 유발하지 않지만 지속적으로 발현되면 암을 유발하는 유전자를 말한다.

암과 관련해 암을 조절하는 핵심 유전자로 p53이라는 유전자가 있다. 이 유전자는 정상적인 경우에는 암을 억제하는 역할을 담당한다. 이러한 유전자를 암 억제 유전자(tumor suppressor gene)라고 부른다. 그런데 4개의 전사인자가 이 p53 유전자의 기능을 붕괴시키거나 삭제하는 작용을 통해 암을 유발시키기도 하다.

최근 주목할 점은 전사인자를 이용해 유도만능줄기세포 단계를 거치지 않고 직접 원하는 세포로 분화하는 수준까지 기술이 진보했다는 점이다. 지난 5월 미국 스탠포드 연구팀은 4개의 단백질을 첨가하는 것만으로 4~5주 만에 인간의 피부세포를 신경세포로 직접 분화하는 데 성공했다고 과학저널 ‘네이처(Nature)'에 보고했다.

전사인자, 줄기세포 단계 건너뛰고 변신하기도

스탠포드 연구팀은 야마나카 연구팀이 이용한 4개의 전사인자와는 다른 별도의 전사인자 시스템을 개발했다. 연구팀이 개발한 전사인자는 Brn2, Ascl1, Myt1l 이라고 불리는 전사인자들이다. 이들의 머릿글자를 따서 ‘BAM'이라고도 부른다. 스탠포드 연구팀이 활용한 BAM 전사인자 시스템은 유도만능줄기세포 단계를 거치지 않고 직접 피부세포에서 신경세포로 분화했다는 점에서 야마나카 연구팀의 전사인자 시스템과 차이점을 띤다.

한편 지난 10일 미국 펜실베이니아 대학 연구팀은 메신저 RNA를 이용해 심장세포가 아닌 신경세포와 피부세포에서 직접 심장세포로 전환하는 데 성공했다. 펜실베이니아 연구팀은 심장세포의 메신저 RNA를 이용했다. 즉 신경세포와 피부세포에 심장세포의 메신저 RNA를 주입한 결과 이들 세포들이 심장세포로 변환된 것이다.

펜실베이니아 연구팀은 전사인자를 이용하지는 않았지만 메신저 RNA를 이용했다는 점에서 전사인자와 밀접한 관련이 있다. 전사인자는 DNA로부터 RNA의 전사과정에 관여하는 인자이고 메신저 RNA는 DNA로부터 전사된 RNA가 소정의 과정을 거쳐 만들어진 산물이기 때문이다. 단백질은 이 메신저 RNA를 설계도로 만들어진다.

과학의 발달로 세포가 다른 세포로 전환하는 데 관여하는 핵심 인자들이 속속들이 밝혀지고 있는 가운데 전사인자 이외 또 다른 변신의 주인공이 등장할지 벌써부터 귀추가 주목된다.