과학자들은 동물의 생명보다 오래된 유전자로 쥐를 재생성

Nature Communications 에 게재된 국제 연구진은 전례 없는 이정표를 달성했습니다. 단세포 생물의 유전적 도구를 사용하여 완전히 발달된 마우스를 생성할 수 있는 마우스 줄기 세포를 만든 것입니다. 단세포 생물은 동물보다 먼저 존재했던 공통 조상을 공유합니다. 이 획기적인 발견은 줄기 세포의 유전적 기원에 대한 이해를 재구성하여 동물과 고대 단세포 친척 간의 진화적 유대 관계에 대한 새로운 관점을 제공합니다.

과학 소설처럼 들리는 실험에서 런던 퀸 메리 대학의 알렉스 드 멘도사 박사는 홍콩 대학의 연구자들과 협력하여 동물과 관련된 단세포 생물인 코아노플라겔라테스 에서 발견된 유전자를 사용하여 줄기 세포를 만든 다음 이를 사용하여 살아 숨쉬는 생쥐를 만들었습니다. 코아노플라겔라테스 는 동물의 가장 가까운 현생 친척이며, 이들의 유전체에는 포유류 줄기 세포 내에서 다능성(모든 세포 유형으로 발달할 수 있는 세포 잠재력)을 주도하는 것으로 알려진 Sox 및 POU 유전자 버전이 포함되어 있습니다. 이 예상치 못한 발견은 이러한 유전자가 동물 내에서만 진화했다는 오랜 믿음에 도전합니다.

"단세포 친척에게서 얻은 분자 도구를 사용하여 마우스를 성공적으로 만들어냄으로써 우리는 거의 10억 년의 진화에 걸쳐 놀라운 기능 연속성을 목격하고 있습니다."라고 드 멘도사 박사는 말했습니다. "이 연구는 줄기 세포 형성에 관여하는 핵심 유전자가 줄기 세포 자체보다 훨씬 일찍 유래되었을 수 있음을 시사하며, 아마도 오늘날 우리가 보는 다세포 생명체의 길을 닦는 데 도움이 되었을 것입니다."

2012년 신야 야마나카에게 수여된 노벨상은 Sox(Sox2)와 POU(Oct4) 유전자를 포함한 4가지 인자를 발현하기만 하면 "분화된" 세포에서 줄기 세포를 얻을 수 있다는 것을 보여주었습니다. 홍콩 대학교/번역 줄기 세포 생물학 센터의 랄프 자우크 박사 연구실과 협력하여 수행한 일련의 실험을 통해 연구팀은 쥐 세포에 편모조류 Sox 유전자를 도입하여 원래의 Sox2 유전자를 대체하여 다능성 줄기 세포 상태로 재프로그래밍했습니다. 이러한 재프로그래밍된 세포의 효능을 검증하기 위해 발달 중인 쥐 배아에 주입했습니다. 그 결과 키메라 쥐는 기증자 배아와 실험실에서 유도한 줄기 세포 모두에서 얻은 신체적 특성(예: 검은 털 패치, 검은 눈)을 보였으며, 이러한 고대 유전자가 줄기 세포가 동물의 발달과 호환되도록 하는 데 중요한 역할을 했다는 것을 확인했습니다.

이 연구는 DNA를 결합하고 다른 유전자를 조절하는 Sox 및 POU 단백질의 초기 버전이 단세포 조상에 의해 나중에 줄기 세포 형성과 동물 발달에 필수적인 기능을 위해 어떻게 사용되었는지 추적합니다. " 코아노플라겔레이트는 줄기 세포가 없고 단세포 생물이지만, 다세포 동물이 나중에 복잡한 몸을 만드는 데 재활용했을 가능성이 있는 기본적인 세포 과정을 제어할 수 있는 유전자를 가지고 있습니다."라고 드 멘도사 박사는 설명했습니다.

이 새로운 통찰력은 유전 도구의 진화적 다양성을 강조하고, 진정한 다세포 유기체가 출현하기 훨씬 이전, 초기 생명체가 세포 특수화를 추진하는 데 비슷한 메커니즘을 어떻게 활용했을지, 그리고 진화에서 재활용이 얼마나 중요한지를 엿볼 수 있게 해줍니다.

이 발견은 진화 생물학을 넘어서는 의미를 가지고 있으며, 잠재적으로 재생 의학의 새로운 진전을 알려줍니다. 줄기 세포 기계가 어떻게 진화했는지에 대한 이해를 심화함으로써 과학자들은 줄기 세포 치료법을 최적화하고 질병을 치료하거나 손상된 조직을 복구하기 위한 세포 재프로그래밍 기술을 개선하는 새로운 방법을 찾을 수 있습니다.

Jauch 박사는 "이러한 유전 도구의 고대 뿌리를 연구하면 다능성 메커니즘을 어떻게 조정하거나 최적화할 수 있는지에 대한 더 명확한 관점으로 혁신할 수 있습니다."라고 말하며, 특정 상황에서 토착 동물 유전자보다 더 나은 성능을 보일 수 있는 이러한 유전자의 합성 버전을 실험하면 발전이 이루어질 수 있다고 언급했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/11/241118125716.htm