성장하는 뿌리에서 줄기세포가 운명을 결정하는 방법에 대한 단서

혜성이나 별똥별처럼 보일 수도 있지만, 이 타임랩스 영상은 실제로 인간의 머리카락보다 굵지 않은 작은 식물 뿌리를 현미경으로 보면 수백 배로 확대된 것입니다.

듀크 대학의 연구원들은 뿌리 끝 부분 근처의 줄기 세포를 관찰하고 광시트 현미경이라는 기술을 사용하여 시간이 지남에 따라 분열하고 증식하는 스냅샷을 찍어 이러한 영화를 만들어 왔습니다.

이 작품은 뿌리가 자라는 드라마의 앞줄 그 이상을 제공합니다. 연구팀은 특정 화학적 신호에 반응하여 세포가 어떻게 분열하는지 관찰함으로써 줄기세포가 다른 발달 경로보다 하나의 발달 경로를 선택하는 방법에 대한 새로운 단서를 찾고 있습니다.

이 연구는 또한 암 및 기타 질병에서 발생하는 것처럼 줄기세포 분열이 잘못되는 것을 방지하는 새로운 방법을 제시할 수도 있습니다.

팀의 최신 결과는 1월 31일 저널에 게재되었습니다. 자연.

이번 연구는 생물학의 근본적인 질문을 다루고 있다고 Cara Winter 부교수는 말했습니다. “세포는 어떻게 자신의 정체성을 획득하는가?” 즉, “유기체를 구성하는 다양한 세포 유형을 모두 어떻게 얻습니까?”

인간의 신체가 뇌, 근육, 뼈 등 다양한 종류의 세포로 구성되어 있는 것처럼 식물에도 다양한 작업에 특화된 다양한 세포 유형이 포함되어 있습니다.

뿌리, 가지, 꽃, 잎 등 식물의 거의 모든 조직은 분열을 통해 새로운 세포를 생성하는 전문화되지 않은 줄기 세포의 작은 그룹에서 유래합니다.

줄기 세포는 분열할 때마다 선택의 기로에 서게 됩니다. 즉, 자신과 같은 두 개의 새로운 줄기 세포를 생성할 수도 있고, 아니면 자신의 복사본 하나와 분기하여 새로운 것이 될 세포 하나를 만들 수도 있습니다.

식물이나 인간과 같은 복잡한 유기체를 형성하는 데 필요한 수많은 세포 유형을 생성하는 것은 비대칭 분열로 알려진 후자의 과정입니다.

그렇다면 분명한 질문은 다음과 같습니다. 줄기 세포 분열은 어떻게 다른 경로보다 한 경로를 선택합니까?

이것은 Duke의 고 생물학자 Philip Benfey 연구실의 연구원인 Winter와 공동 제1저자 Pablo Szekely가 뿌리 성장의 며칠을 지켜보게 된 질문이었습니다. 애기장대겨자 가족의 가늘고 긴 구성원.

연구진은 세포 분열의 두 가지 핵심 조절자에 초점을 맞췄습니다. 애기장대 — 짧은 뿌리와 허수아비라고 불리는 단백질이 함께 뿌리 세포 분열을 촉진하여 스위치를 만듭니다.

이 단백질에 빛나는 형광 태그를 붙임으로써 단백질의 활성과 줄기세포 분열에 미치는 영향을 실시간으로 추적할 수 있었습니다. 광시트 현미경을 사용하면 뿌리의 반투명 조직 내부를 손상시키지 않고 최대 50시간 동안 들여다볼 수 있습니다.

이전 예측과는 반대로, 연구자들은 하나의 세포가 두 개가 되는 과정의 초기에 존재하는 이러한 단백질의 낮은 수준이라도 비대칭 분열로의 전환을 촉발하기에 충분하다는 것을 보여주었습니다.

2020년에 박사후 연구원으로 Benfey 연구소에 합류한 Szekely는 “그들이 해야 할 일은 특정 임계값에 도달하는 것뿐입니다.”라고 말했습니다.

이번 발견은 인간과 다른 동물에게도 영향을 미친다고 연구진은 말했다.

그 이유는 식물과 동물이 10억년 전에 갈라졌음에도 불구하고 세포가 기능하는 데 필요한 동일한 “관리” 유전자를 포함하여 동일한 기본 분자 도구 키트를 대부분 물려받았기 때문입니다.

다음과 같은 식물에서 세포 분열을 조절하는 동일한 유전자 애기장대 인간을 포함한 동물에서도 비슷한 일을 수행합니다. 이전 연구에서는 비대칭 분열이 중단되면 세포가 통제할 수 없을 정도로 증식하여 종양을 형성할 수 있음을 보여주었습니다.

Szekely는 “세포는 발달 과정에서 프로그램을 갖고 있어야 합니다. 먼저 이렇게 나눈 다음 이렇게 나누어야 합니다.”라고 말했습니다. “모든 것이 작동하려면 엄격하게 규제되어야 합니다.”

이 연구는 미국 국립 보건원(NRSA 5F32GM106690-02 및 MIRA 1R35GM131725), 하워드 휴즈 의학 연구소 및 서던 캘리포니아 대학교의 자금 지원을 받았습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/02/240209134434.htm

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