도정태 교수 "첫 닭 유도만능줄기세포 미토콘드리아 변화 현상 발견"
건국대 연구팀이 국내에서 처음으로 조류의 세포로 유도만능줄기세포를 만들고 그 과정에서 완전만능줄기세포에서 나타나는 미토콘드리아의 변화현상을 발견해 앞으로 형질전환 닭 개발 등 새로운 기술로 활용되는 길을 열었다.
건국대학교 동물생명과학대학 줄기세포재생생물학과(동물생명공학과) 도정태 교수(사진)팀은 1일 닭 유도만능줄기세포를 수립하고 그 과정에서 미토콘드리아의 변화 현상을 발견했다고 보고했다. 조류의 세포를 이용해 유도만능줄기세포를 수립한 것은 국내에서는 처음이며, 닭 체세포에서 역분화되어 유도만능줄기세포가 만들어지는 과정에서 미토콘드리아의 형태 변형이 일어나고 있음을 밝힌 것은 세계 최초이다.
이번 연구는 줄기세포분야 국제 학술지 ‘Stem Cells and Development’ 온라인판 최근호(1월 21일)에 ‘닭 유도만능줄기세포에서의 미토콘드리아 리모델링’(Mitochondrial Remodeling in Chicken Induced Pluripotent Stem Like Cells)연구로 게재됐다. 이 연구는 농림부와 미래창조과학부의 지원으로 건국대와 국립축산과학원 동물바이오공학과 변승준 박사팀과의 공동연구를 통한 결과로 최현우 박사가 제1저자로 참여했다.
닭 유도만능줄기세포는 완전만능줄기세포(naive pluripotent stem cells)와는 다르지만, 인간 만능줄기세포와 비슷한 준만능줄기세포(primed pluripotent stem cells) 형태를 보이고 있다.
그러나 건국대 연구팀은 준만능성의 특징을 보이는 닭 유도만능줄기세포가 완전만능줄기세포가 가지고 있는 미토콘드리아의 형태를 보이고 있다는 사실을 발견했다. 미토콘드리아는 세포에서 에너지를 생산하는 세포소기관으로 세포 타입에 따라 그 형태가 다르다.
연구팀은 닭 섬유아세포가 길죽한 미토콘드리아를 가지고 있으나, 유도만능줄기세포로 역분화 되면서 동그란 형태로 변형이 일어난다는 것을 증명했다. 일반적으로 알려진 길죽한 모양의 미토콘드리아는 체세포에서 관찰되며, 초기 수정란의 경우는 동그란 형태의 미토콘드리아를 포함하고 있다. 생쥐의 완전만능줄기세포인 배아줄기세포에서는 초기 수정란과 같은 동그란 형태의 미토콘드리아를 포함하고 있다는 사실이 밝혀져 있지만, 닭 유도만능줄기세포와 배반엽(blastoderm)세포에서의 미토콘드리아 관찰은 이번이 처음이다.
도정태 교수는 “미토콘드리아 형태는 세포내에서 에너지 대사와 관련이 있으므로, 닭 체세포와 닭 유도만능줄기세포 사이의 에너지 대사에 관한 연구가 앞으로 더 진행될 것”이라고 말했다.
용어설명: [완전만능줄기세포(naive pluripotent stem cells)와 준만능줄기세포(primed pluripotent stem cells)]: 만능줄기세포는 다양한 조직세포로 분화할 수 있는 능력을 가진 세포로 완전만능줄기세포(naive pluripotent stem cells)와 준만능줄기세포(primed pluripotent stem cells)로 나뉜다. 완전만능줄기세포는 착상 전 마지막 단계인 배반포(blastocyst)의 내부세포덩어리(inner cell mass)가 가지고 있는 특징을 가지고 있어 태반조직을 제외한 모든 세포로 분화가 가능하여, 배반포와의 집합체 형성이 가능하여 키메라를 형성할 수 있다. 반면, 준만능줄기세포는 착상되어 발달 중인 배반엽상피세포(epiblast cells)의 특징을 가지고 있어 역시 모든 체세포로 분화가 가능하지만 배반포와의 집합체 형성이 안되 키메라를 형성하지 못한다. 즉, 착상 전 배반포에서 형성된 배아줄기세포가 완전만능줄기세포이고, 착상 후 배반엽상피세포에서 형성된 배반엽상피줄기세포가 준만능줄기세포이다. 두 만능줄기세포는 어느 세포에서 유래됐는지의 차이뿐만 아니라 배양하는 조건도 다르다.
그림. 닭 유도만능줄기세포(cIPSCs), 닭 blastoderm 세포(cBLCs), 닭 섬유아세포(CEF) 콜로니 및 각 세포에서의 미토콘드리아 형태(전자현미경).
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