건국대 연구팀이 주로 체외에서 세포 배양을 통해 만들어지던 유도만능줄기세포를 생체 내에서 역분화 인자 발현을 유도해 체내에서 만능성을 가지는 형태로 새롭게 만드는데 성공했다.

건국대학교 동물생명공학과(2016학년도 줄기세포재생생물학과) 도정태 교수팀은 역분화 유도 생쥐(reprogrammable mouse)라는 새로운 형질전환 생쥐 실험을 통해 기존에 체외에서 세포배양을 통해 만들어지던 체외 유도만능줄기세포와 똑같은 만능성을 가진 ‘체내 형성 유도만능줄기세포 (in vivo iPS cells, 또는 in vivo rPS cells)'를 처음으로 만들었다고 밝혔다 .

도 교수팀의 이같은 연구를 담은 ‘생체 내 형성된 유도만능 줄기세포와 체외 형성된 유도만능줄기세포의 비슷한 특성' (In vivo reprogrammed pluripotent stem cells from teratomas share analogous peroperties with their in vitro counterparts)"논문은 네이처 퍼블리싱 그룹에서 발행하는 세계적 과학저널 ‘사이언티픽 리포트'(Scientific Reprots) 8월28일자에 게재됐다.

유도만능줄기세포는 분화된 체세포에서 역분화 유전자의 과발현 시스템을 통해 만능성을 획득한 세포이다. 이 유도만능줄기세포는 주로 체외에서 세포 배양을 통해 만들어진다. 하지만, 체 내에서 역분화 인자 발현을 유도하여 체 내에서도 유도만능줄기세포를 만들 수 있다. 최초의 체내 유도만능줄기세포는 2013년 네이처에 발표되었는데, 체내에서 만들어진 유도만능줄기세포는 태반조직으로 분화가 가능한 전능성(totipotency)의 특징을 보인다고 보고됐다.

건국대 도정태 교수팀은 체내 유도만능줄기세포 연구를 위해 새로운 형질전환 생쥐를 제작하였다. 즉, Oct4-GFP를 발현하는 역분화유도 생쥐(reprogrammable mouse)를 생산하였는데, 이 생쥐는 독시사이클린이라는 항생제를 먹이면 몸을 이루고 있는 세포들이 역분화 인자인 Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc을 발현하여 테라토마라고 하는 종양이 생기는 생쥐이다.

독시사이클린 처리 이후 형성된 테라토마에서 만능세포가 존재 하면 초록형광단백질(GFP)이 발현하는데, 이 세포를 분리하여 유도만능줄기세포를 수립하였다.

이렇게 수립된 세포가 "체내 형성 유도만능줄기세포 (in vivo iPS cells, 또는 in vivo rPS cells)"이다. 이 방법은 기존 네이쳐에서 발표된 방법보다 진보된 방법이며, 특이한 것은 기존에 발표된 체내 유도만능줄기세포의 특징과 다른 특징을 보였다.

즉, 태반세포로 분화가 되는 전능성이 아닌 태반세포로 분화가 안 일어나는 만능성을 띄고 있었다. 즉, 체내에서 형성된 유도만능줄기세포가 전능성의 특징을 보다는 기존 체외 유도만능줄기세포와 같은 만능성 특징을 보인다.

도정태 교수는 "이 결과는 기존 네이처에서 보고된 결과를 반박할 수 있는 새로운 결과로, 체내 유도만능줄기세포의 정의를 다시 쓰게 됐다"고 밝혔다.

(그림) Oct4-GFP를 발현하는 역분화유도 생쥐(reprogrammable mouse)에서 생성된 테라토마에서 체내 유도만능줄기세포 배양하는 방법

용어설명:
[유도만능줄기세포 (역분화 만능줄기세포)]: 분화된 체세포에서 역분화되어 만능성(pluripotency)을 획득한 줄기세포로 배아줄기세포와 유사한 특성을 지니고 있다. 신체를 이루고 있는 모든 세포로 분화가 가능하며, 무한 증식이 가능한 세포이다. 2006년 일본 교토대학 야마나까 교수에 의해 처음 개발되었으며, 2012년 노벨 생리의학상을 받은 기술로 세계적으로 각광을 받고 있다.

[전능성(totipotency)과 만능성(pluripotency)]: 정자와 난자가 수정되어 수정란이 되고, 발달하여 배반포를 형성한다. 이 배반포는 내부세포덩어리와 영양막세포로 이루어지는데, 착상 이후에 내부세포덩이리는 몸을 이루는 모든 조직으로 분화가 되고, 영양막 세포는 태반 조직으로 분화한다. 포유류가 태어나기위해서는 모체의 영양분을 흡수하는 연결체인 태반이 필요하지만, 내어나면서 몸체는 태반과 분리되어 완전한 생명체를 형성한다. 수정란은 이처럼 발달하면서 몸체를 이루는 세포와 태반세포로 분화 할 수 있는데 이러한 능력을 전능성(totipotency)라고 하며, 내부세포덩이리처럼 태반으로 분화가 안되지만, 몸을 이루는 모든 세포로 분화 할 수 있는 능력을 만능성(pluripotency)라고한다.

[테라토마(teratoma)]: 만능세포가 체내에 존재하면 체내에서 증식하면서 다양한 세포로 분화하는데, 이렇게 증식과 분화를 하면서 테라토마라고 하는 종양을 형성한다. 이 테라토마는 일반 종양과 달리 내배엽, 중배엽, 외배엽 조직을 포함하는 다양한 조직세포로 구성되어 있다.