미 라이스대 연구진, 외배엽 세포 배양 시스템 개발
(서울=연합뉴스) 한기천 기자 = 정자와 난자가 합쳐진 동물의 수정란이 세포분열을 시작해 태아가 되기 전까지를 배아(embryo)라고 한다. 사람의 배아기는 임신 8주까지다.
배아가 발달하는 이 기간에 전체 신경계, 피부, 손·발톱, 모발, 눈·귀 등이 외배엽(ectoderm)에서 발생한다. 하지만 인간 배아의 발달 과정을 인간의 몸에서 직접 연구하는 건 지금도 불가능하다.
그런데 주요 유형의 모든 외배엽 세포를 실험실 배양 접시(Petri dish)에서 실제 배아와 유사한 패턴으로 배양하는 시스템을, 미국 라이스대 과학자들이 개발했다. 외배엽은 세 층의 초기 배엽 중 가장 바깥층을 말한다.
이 기술의 핵심은, 배아 줄기세포 군의 기하학적 구조를 미세한 패턴 조절로 제어하는 것이다. 과학자들은 이 기술을 이용해, 인간 외배엽의 분화 패턴을 추동하는 신호 경로를 매우 포괄적으로 분석할 수 있었다.
미국 라이스대 생명과학과의 아리에 웜플래시 조교수팀은 이 실험 결과를 담은 논문을 저널 '발달(Development)'에 발표했다.
발달 생물학과 줄기세포 분야를 전문으로 다루는 이 저널은 장문의 웜플래시 교수 인터뷰를 덧붙여 '주요 아티클(highlighted article)'로 소개했다.
17일(현지시간) 온라인에 올라온 논문 개요(링크) 등에 따르면 외배엽의 분화 패턴을 조절할 때 BMP, Wnt 두 신호 경로 간의 균형이 중요한데, 두 신호 경로를 약간 조정할 수도 있다는 게 이번에 드러났다.
궁극적으로 두 신호 경로가 선택하는 '로직(logic)'에 따라 외배엽 세포의 운명이 결정되지만, 최종 목적지까지 가는 데는 아주 작아도 복수의 경로가 존재한다는 것이다.
신호 경로가 어떻게 작동하는지를 더 많이 이해하게 되면서, 초기 줄기세포 군의 특이한 패턴 형성을 조작할 수 있었지만, 최종 도착점에선 하나의 패턴으로 수렴됐다고 연구팀은 전했다.
이런 결과는, 줄기세포 군이 신경세포, 신경 능선 세포(neural crest cells), 신경원 기원판(neurogenic placode), 외피 세포(epidermis cells) 등으로 분화하는 시스템이 잘 작동한다는 걸 시사하기도 한다.
논문의 제1 저자인 웜플래시 랩(실험실)의 조지 브리튼 대학원생 연구원은 "신경 능선 발생을 지시하는 전사인자 네트워크에 많은 사람이 관심을 갖고 있다"라면서 "우리 시스템은 이런 로직에 영향을 주는 신호들을 세분해 관찰할 수 있다"라고 말했다.
그는 이어 "배아 세포는, 신호와 리간드(중심 원자에 결합하는 이온 또는 분자)가 이리저리 움직이는 같은 공간에서 아주 조금 이동한다"라면서 "외배엽 세포는 BMP와 Wnt 신호 경로의 연관 수위를 해석해 운명을 결정하는 것 같다"라고 말했다.
연구팀은, 외배엽 표면의 크기는 발달 초기의 대략 나흘간 BMP 혼자 발동해 제어한다는 걸 확인했다.
그러나 외배엽 세포가 신경 능선이 될지, 신경 기원판이 될지 결정하는 데는, BMP·Wnt 두 신호 경로의 연계 작용이 결정적 영향을 미쳤다. 최종 패턴이 결정되는 데는 약 6일 내지 7일이 소요될 것으로 연구팀은 추정했다.
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