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  • 기사등록 2021-09-08 16:16:26
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사진=픽사베이


[트리니티메디컬뉴스=강다은 기자] 경북대병원 오지원 교수와 주영석 KAIST 교수 연구팀이 세포 차원의 인간 발생 과정을 규명한 연구 결과를 국제학술지 네이처에 게재했다.

외신보도에 따르면, 세계 최대 규모의 단일세포 전장유전체 기술에 관한 연구로, 배아에 존재하는 소수의 세포들이 40조 개의 인체 세포를 어떻게 구성하고, 언제 장기로 분화하는지 알아보기 위해 진행됐다.

하나의 수정란은 수 억 개의 인간 세포로 분열해 200종이 넘는 세포와 다양한 장기를 만들어낸다. 그동안 인간 발생 과정에 대한 연구는 유산된 태아를 관찰하거나 동물모델을 이용했지만 윤리적, 기술적 문제 때문에 인간 배아세포를 실험에 사용하는데 한계가 있어 인간 배아 발생에 대해서는 잘 규명되지 않았다.

모든 세포는 분열할 때 DNA 염기 서열의 변화가 일어난다. 바로 체세포 돌연변이다. 60억 쌍이나 되는 인간 DNA를 복제하는 과정에서 오류가 생기기 때문이다. 이때 발생한 체세포 돌연변이는 이후 자손 세포에 그대로 전달된다.

연구팀은 7명의 시신 기증자에게 모두 334개의 단일세포와 379개의 조직을 기증받아 전장유전체를 분석하고, 세포에 자발적으로 발생하는 DNA 돌연변이와 세포들의 움직임을 고해상도로 재구성했다. 

그 결과, 배아 발생 세포가 신체를 구성할 때 불균등한 분포를 보인다는 사실을 확인했다. 배아 2세포기의 두 세포 중 한 세포가 다른 세포에 비해 더 많이 인체를 구성하는 것. 비율은 1.4 대 1에서 6.5 대 1로 사람마다 차이가 있었다. 연구팀은 개인차가 존재한다는 것은 원시 생물과 달리 사람의 발생 과정에는 확률론적인 과정이 개입한다는 것을 시사한다고 설명했다.

연구팀은 이와 함께 특정 신체 부위, 배엽, 장기를 구성할 때 특정 배아세포가 더 많이 분포하는 불균등이 나타나는 사실도 밝혀냈다. 이는 배아세포 단계(초기 단계)에서부터 세포의 운명이 단계적으로 결정된다는 점을 시사한다.

연구팀은 세포의 계통도를 이용해 배아 발생 과정에서 발생하는 체세포 돌연변이 수를 시뮬레이션을 통해 추정했다.

그 결과, 세포가 분열할 때마다 1개 전후의 돌연변이가 만들어지며, 수정란의 첫 분열 때는 이보다 더 많은 돌연변이가 발생한다는 사실을 알아냈다. 연구팀은 ‘수정란 내에서는 DNA 수리에 필요한 단백질이 충분히 발현하지 못해 돌연변이 수가 높은 것’으로 추정했다.

연구팀은 또 초고속 유전체 기술로 전장 유전체 빅데이터의 생명정보학 분석을 이용해 인간 배아 발생 과정을 정밀 분석했다. 이를 통해 윤리적인 문제없이 인간의 초기 배아 발생 과정에 대한 추적이 가능하다는 점을 입증한 것이다. 이는 향후 발생 과정 이상으로 생기는 희소질환의 예방, 선별검사와 정밀 치료시스템 구축에 활용할 수 있을 것이라고 연구팀은 기대했다.

데이터 분석을 통해 수정란 내에 미토콘드리아의 이질성이 존재한다는 점, 성염색체의 숫자 이상이 정상세포에서 흔하게 발생한다는 점도 연구를 통해 확인했다.

오지원 교수는 “죽음에 이른 신체로부터 인간 생명의 첫 순간을 규명할 수 있다는 사실을 증명했다”고 말했다.
 

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