침팬지 줄기세포, 초기 배아 발달에 대한 새로운 통찰력 제공

최근 연구에 따르면 침팬지 순수 만능줄기세포(PSC)를 세포 배양에서 배양할 수 있는 것으로 나타났습니다. 연구진은 '블라스토이드(blastoid)'라고 불리는 침팬지 초기 배아 모델을 성공적으로 개발하여 특정 조절 유전자의 억제가 침팬지 PSC의 자가 재생에 필수적임을 발견했습니다. 또한, 마우스 유래 피더 세포를 지지체로 사용하지 않는 피더 프리 배양 시스템을 개발했습니다. 이러한 연구 결과는 영장류 배아학에 귀중한 통찰력을 제공하며, 줄기세포 연구와 재생 의학 발전에 기여할 수 있을 것입니다.

초기 배아 발달 과정에서 세포가 어떻게 분화되는지 이해하는 것은 재생 의학과 발달 생물학 발전에 매우 중요합니다. 만능줄기세포(PSC)는 체내에서 다양한 세포 유형으로 분화할 수 있고 초기 배아 발달 과정에서 핵심적인 역할을 수행할 수 있기 때문에 이 분야에서 매우 귀중한 도구로 활용되어 왔습니다.

안타깝게도 인간을 비롯한 영장류를 대상으로 한 이 주제 연구는 윤리적 제약과 기술적 한계로 인해 오랫동안 진전이 없었습니다.

특히 주목되는 것은 미성숙형(naive-type) PSC인데, 이는 기존의 (또는 '프라이밍된') PSC보다 발달 단계가 더 이르고 향상된 분화 잠재력을 가지고 있습니다. 인간의 미성숙 PSC는 태반과 난황과 같은 배아 조직과 배아 외 조직으로 모두 분화할 수 있는 반면, 생쥐의 미성숙 PSC는 이러한 능력이 없습니다.

이는 이러한 확장된 분화 잠재력이 인간에게만 존재하는 것인지, 아니면 다른 영장류와 공유되는지에 대한 의문을 제기합니다.

2025년 2월 26일 Cell Stem Cell 에 온라인으로 게재된 획기적인 연구에서 일본 도쿄 과학 연구소의 히데키 마사키 부교수가 이끄는 연구팀은 침팬지 체세포에서 순수형 유도만능줄기세포(naive-type induced pluripotent stem cells)를 성공적으로 배양했습니다.

연구팀은 이러한 세포들의 자가복제에 필요한 메커니즘에 대한 중요한 통찰력을 얻었을 뿐만 아니라, 이 세포를 이용하여 초기 배아 모델인 침팬지 블라스토이드(blastoids)를 배양하는 데 세계 최초로 성공했습니다.

이 연구의 핵심 결과 중 하나는 유전자 활동과 세포 분화를 역동적으로 조절할 수 있는 단백질인 폴리콤 억제 복합체 2(PRC2)를 억제하는 것이 침팬지 미접촉 줄기세포(PSC)의 성장에 필수적이라는 것입니다. 이러한 억제가 없으면 초기 재프로그래밍이 성공했음에도 불구하고 세포는 증식하지 못했습니다.

연구팀은 침팬지 순수 PSC가 유전자 발현 양상과 발생 잠재력 측면에서 인간 순수 PSC와 상당한 유사성을 공유한다는 것을 발견했습니다. 이 세포들은 배아 착상 및 발생에 필수적인 두 가지 유형의 배아외 조직인 영양외배엽과 배아포엽하로 분화할 수 있는 능력을 가지고 있었습니다.

이러한 능력을 통해 연구진은 매우 초기 배아 발생에서 발견되는 세 가지 세포 유형을 모두 포함하는 삼중 계통의 배아포체를 생성할 수 있었습니다. 마사키는 "침팬지 순수 PSC는 다계통 역량으로 전환되거나 다른 초기 배아 조직으로 분화할 수 있기 때문에, 다능성과 초기 배아 발생을 연구하는 데 더 높은 수준의 영장류 비교 모델을 제공할 수 있습니다."라고 설명했습니다.

또 다른 중요한 발전은 순수 PSC를 위한 피더 없는 배양 시스템 구축이었습니다. 순수 PSC를 배양하는 기존 방법은 마우스 유래 피더 세포 층을 필요로 합니다. 인간 PSC를 배양할 때조차도 이러한 지지 세포가 필요하다는 것은 추가적인 동물성 성분을 필요로 하며, 이는 잠재적인 의료 응용 분야를 복잡하게 만들 수 있습니다.

연구진은 PRC2 억제제를 적용함으로써 침팬지 PSC의 장기 배양에서 피더 세포의 필요성을 없앴습니다. 마사키는 "피더 세포 없이 배양 기술을 구축한 이번 성공은 재생 의학 분야 응용으로 이어질 수 있는 길을 열어줄 것입니다."라고 말했습니다.

침팬지 미성숙 PSC가 인간 세포에서 관찰되는 확장된 분화 잠재력을 공유한다는 것을 확립함으로써, 본 연구는 이러한 특성의 진화적 보존에 대한 실마리를 제공합니다. 더욱이, 침팬지 배아 모델의 개발은 초기 발생 과정을 연구하는 데 강력한 도구를 제공합니다.

과학자들이 이러한 흥미로운 연구 결과를 바탕으로 계속해서 발전해 나감에 따라 포유류의 배아학에 대한 우리의 이해는 더욱 깊어질 것이며, 이는 재생 의학과 생식 생물학의 발전으로 이어질 가능성이 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/04/250425113446.htm