(발생공학)유도만능줄기세포의 개발방법 및 응용

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(발생공학)유도만능줄기세포의 개발방법 및 응용에 대한 보고서 자료입니다.

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에 발표되었다.
이번 연구를 이끈 레이 시아오 (Lei Xiao) 박사는 “지금까지 유제류 만능배아줄기세포를 초기배아에서 만들기 위한 노력이 있었지만 모두 실패했다. 이것은 세계최초로 유제류가축의 만능줄기세포를 만들어낸 것이다. 이것은 완전히 새롭게 매우 중요한 연구결과로 인간과 동물보건에 다양한 적용이 가능하다”고 말했다. 시아오 박사는 중국의 상하이 생화학 및 세포생물학 연구소 (Shanghai Institute of Biochemistry and Cell biology)의 줄기세포실험실을 이끌고 있으며 이들은 돼지의 귀와 골수에서 채취된 세포를 재프로그램하기 위해 전사요소를 사용하여 유도만능줄기세포를 만들어내는데 성공했다. 여러가지 재프로그램 요소를 결합하여 바이러스를 통해 세포에 주입한 후에 이 세포는 실험실에서 배아와 유사한 줄기세포로 전환되었다. 앞으로 좀더 많은 테스트를 통해 이 줄기세포가 배아의 세가지 층위, 즉 내배엽, 중배엽 그리고 외배엽으로 분화되는지 여부를 알아보게 될 것이다. 성공적으로 유도만능줄기세포를 만들어낸 것은 연구자들이 앞으로 더 쉽게 돼지나 다른 유제류 동물의 배아에서 줄기세포를 만들어낼 수 있게 되었다.
시아오박사는 “돼지의 만능줄기세포는 유전자이식 동물을 개발을 통한 조직이식치료법과 같은 다양한 방법에 유용하게 될 것이다. 돼지는 조직의 형태나 기능에 있어서 인간과 매우 유사하다. 우리는 배아줄기세포나 유도줄기세포를 이용하여 인간의 면역시스템과 동일한 돼지의 조직을 만들 수 있는 면역관련 유전자를 조작할 수 있다. 그리고 우리는 이 돼지를 조직기증동물로 사용하여 환자의 면역시스템에서 저항반응을 일으키지 않는 조직을 만들어낼 수 있다”고 말했다. 돼지 만능줄기세포주는 또한 인간의 유전병 모델을 만드는데 도움이 될 수 있다. 당뇨병과 같은 많은 인간질환은 유전자 발현과정의 문제로 인해 발생한다. 시아오 박사는 “우리는 줄기세포의 돼지 유전자를 조작하여 동일한 유전자 질환을 만들어내어 인간환자에서 볼 수 있는 유사한 신드롬을 만들어낼 수 있게 되었다. 그리고 이 돼지 모델은 질병치료를 가능케하는 치료법을 개발할 수 있게 되었다”고 말했다.
그는 “예를 들어 신종플루에 대항하기 위해 우리는 정확하고 유전자조작을 통한 돼지를 만들어 이 질병에 저항성을 갖는 동물을 만들어낼 수 있다. 우리는 항-신종플루 활동을갖는 유전자를 발견하거나 신종플루 바이러스의 확산을 억제할 수 있는 유전자를 발견하는 것이 첫번째 단계가 될 것이다. 두번째로 우리는 이 유전자를 돼지에 만능줄기세포를 통해 주입하게 된다. 대안적으로 신종플루 바이러스는 돼지의 세포에 결합하고 확산되기 위해서 세포막의 수용기에 결합해야하기 때문에 우리는 유전자표적을 통해 돼지의 수용기를 녹아웃시킬 수 있다. 만일 이 수용기가 사라지면 바이러스는 돼지에 감염될 수 없다”고 말했다.
돼지와 인간에 대한 의학적인 적용을 위해서 시아오 박사는 이번 발견은 동물사육을 증진시켜 돼지를 더욱 건강하게 할 뿐 아니라 돼지성장을 변화시키거나 증진시키기 위한 성장연관 유전자를 조작하여 증진을 이룰 수 있다. 하지만 시아오 박사는 이번 연구가 의학적인 적용을 통해 임상적인 사용을 하기 위해서는 몇 년의 시간이 더 걸릴 것이라고 말했다. 이번 연구의 다음단계는 돼지 유도만능세포를 이용하여 유전자조작 돼지를 만들어 환자에게 이식이 가능한 돼지 조직을 만들 수 있도록 하는 것이다. 이 조작된 동물은 유도만능줄기세포 또는 배아줄기세포를 이용하여 인간의 유전물질을 삽입하여 돼지의 유전체에 부가하거나 특정한 유전자의 기능을 막기 위해 유전자를 녹아웃시키는 방법을 통해 사용이 가능할 수 있다.
이번 연구가 발표된 저널의 수석편집자인 당솅 리 (Dangsheng Li) 교수는 “이번 연구는 최초의 유제류 동물에서 만능줄기세포를 만들기 위한 엄격한 실험결과로 정확한 유전자조작 동물 및 치료법을 개발하는데 흥미로운 기회를 제공하고 있다”고 말했다.
결론
- 해결해야 할 과제 및 전망
분화세포에 유전자를 도입하여 만든 iPS는 유전자 발현이나 분화 능력, 키메라 생쥐 형성 및 생식 세포 전이 등배아줄기세포와 거의 유사한 특성을 가지고 있다. 그러나, iPS에 의해 탄생된 생쥐 자손의 20% 이상에서 암이 발생하였다는 보고는 iPS가 실용화되기 위해서 해결해야 할 과제를 제시하고 있다. 즉, iPS를 형성하기 위해 도입하는 유전자 중 c-Myc과 Klf4는 암을 유발하는 인자로 알려져 있기 때문에 비록, 역분화 과정에서 CMV 프로모터에 의한 발현이 침묵 된다 하더라도 암 유발 유전자로 활성화 될 잠재적인 위험을 내포하고 있는 것이다. 실제로 2007년 Okita 등의 보고에서는 암이 발생한 생쥐에서는 침묵 되었던 c-Myc이 다시 발현되는 것을 확인하였다. 이 문제의 해결을 위해서는 역분화를 유도하는 인자를 유전자가 아닌 단백질 형태로 도입하거나 또는 동일한 기능을 수행하는 화학물질을 발굴하는 방법 등이 있다. 실제로 관련된 내용의 연구 결과가 계속 발표되고 있으므로 조만간 유전자의 도입 없이도 역분화를 유도할 수 있는 기술이 개발될 것으로 기대된다.
iPS는 세포치료제로서의 가치 뿐만 아니라, 역분화 현상자체를 비롯하여 암줄기세포와 같은 생명현상을 이해하기 위한 연구 소재로도 무궁한 가치를 지니고 있다. 즉, 역분화 과정에서 자가재생산 능력뿐만 아니라 다분화능까지 획득하게 되면, iPS가 형성되지만, 자가재생산 능력만을 획득하게 되면, 암세포가 형성된다. 그 과정을 비교 분석하여 이해할 수 있다면, 암을 유발하는 기작을 연구하는 데 크게 기여할 수 있을 것이다.
이상과 같은 연구 동향을 고려해 보면 향후 역분화를 통한 iPS의 연구 동향은 치료제 개발이라는 실용적인 측면과, 현상 이해라는 기초과학적인 측면으로 나뉘어 진행될 것으로 예측할 수 있다. iPS의 진정한 가치는 이 두가지 측면에서 이루어지는 연구 성과에 의해 더욱 구체적으로 증명될 것으로 기대된다.
참고자료
- 유도만능세포의 최근 연구동향과 전망 / 박경순 / 포천중문의과대학교
- http://kr.blog.yahoo.com/jhl3004/1342

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