줄기세포가 특별한 이유

줄기세포 연구의 변천사

줄기세포는 무엇인가?

줄기세포는 다른 유형의 모든 세포들의 전구체입니다. 줄기세포는 미분화세포로서, 어떤 다른 유형의 세포도 형상할 수 있을 뿐만 아니라 더 많은 줄기세포들로 복제될 수 있는 능력을 가지고 있습니다. 줄기세포는 수많은 세포 유형으로 분화할 수 있으므로 종종 간세포라 불립니다. 전분화능 줄기세포는 배아나 성체의 모든 세포 종으로 될 수 있는 줄기세포입니다. 일부 세포는 다분화능 세포라고 하는데, 한 가지 이상의 세포 종으로 분화할 수는 있으나 모든 세포 종으로 분화하지는 못하기 때문입니다. 세포가 발생과정에서 접합체로부터 멀어지면 멀어질수록 세포 종의 잠재 능력은 더 떨어집니다. 줄기세포 중에서도 특히 배아줄기세포의 사용은 흥미진진한 연구 분야입니다.

 

배아줄기세포의 세포배양

줄기세포 연구는 1970년대 고환암에서 발견된 기형 암종 세포에 대한 연구와 함께 시작되었습니다. 이 세포는 분화세포와 미분화세포의 기괴한 혼합형입니다. 이들을 배아암종세포라 합니다. 이 EC 세포가 전분화능 세포라는 것이 밝혀짐으로써 이것을 치료에 사용될 수 있다는 착상을 하게 되었습니다.

 

배아줄기세포를 다룬 초기 연구는, 세포를 배아에서 꺼낸 후에 배양시켜 자란 세포에서 나왔습니다. 이 줄기세포는 배양하여 키울 수 있고 오랫동안 유지될 수 있다는 것이 발견되었습니다. 반면에, 대부분의 분화세포들은, 배양하면 장기간 자라지 않을 것입니다. 줄기세포는 백혈병 저해 인자나 영양세포 등의 특정 인자를 첨가함으로써 배양을 계속합니다.

 

 

세포 재프로그래밍

혈액과 같은 특정 조직으로 배정된 줄기세포는 분화하여 혈액세포로 자랍니다. 뇌조직으로 배정된 줄기세포는 뇌세포로 자랍니다. 신경세포는 보통은 재생되지 않으므로 척수나 기타 신경에 손상을 입은 환자는 희망이 거의 없다고 믿어왔기 때문에, 이것은 매우 중요한 발견입니다. 이론적으로는 알츠하이머나 파킨슨병 등의 신경변성질병을 치료하기 위해 뉴런이 생성될 수 있습니다. 근이영양증과 심장병을 치료하기 위해 근육세포가 생산될 수도 있습니다. 

 

신경 손상을 입은 쥐에서 새로운 신경조직을 재생하는 데에 사람의 전분화능 줄기세포를 사용했더니, 뇌졸중을 겪은 쥐의 운동 능력과 인식 능력이 향상되었습니다. 이와 같은 결과 때문에, 일부 과학자들은 줄기세포 기술이 클로닝 이후의 가장 중요한 발전일 것이라고 선언하였습니다.

 

사실 전분화능 줄기세포는 주로 배아조직에서 수집되어, 이 세포는 다양한 조직으로 분화되고 세포배양으로 번식되는 능력이 가장 큰 것으로 나타났다. 성체 단계에서도 생물체에는 약간의 줄기세포들이 항상 있으므로, 줄기세포는 성체조직에서도 얻었습니다. 이러한 세포들은 대개 다분화능 세포이어서, 몇몇 다른 세포 종을 형성할 수 있으나 배아줄기세포(ES 세포)만큼 다양하게 분화하지 않습니다.

 

줄기세포의 획득과 사용은 세포 재프로그래밍이라 불리는 기술과도 연관될 수 있습니다. 세포 재프로그래밍은 클로닝과 같이 포유동물 전체를 복제하는 데 필요한 성분입니다. 생물체의 대부분의 체세포들은 동일한 유전자를 지니고 있으나 세포들의 유전자 발현이 극도로 다른 패턴으로 일어나므로 세포들은 서로 다른 조직으로 발달합니다. DNA의 실제 서열을 변화하지 않고 유전자 발현을 변화시키는 메커니즘을 후성적 메커니즘이라 부릅니다. 세포 내 DNA의 후성적 상태가 유전 형질이며 이로 인해 '분자적 기억'이 세포 안에 존재할 수 있습닏.ㅏ 근본적으로 간의 세포는 자신이 어디에서 왔는지를 기억하여 계속 분열하여 간의 세포로 남아 있을 것입니다. 이와 같은 후성적 상태에는 사이토신-구아닌 다이뉴클레오타이드의 메탈화, 염색질과 단백질의 상호작용 등이 포함됩니다.

 

포유동물의 유전자는 각인이라는 후성적 정보를 추가로 가지고 있습니다. 이것 때문에 DNA는 자신의 생식 계열 기원에 대한 분자적 기억을 지닐 수 있습니다. 부계 DNA는 모계 DNA 와는 다른 방식으로 각인됩니다. 정상적인 발생에서는 양쪽 부모에게서 온 DNA만이 조합되어, 생명력 있는 자손이 만들어지게 됩니다. 대개 체세포의 후성적 상태는 분화된 조직이 안정하게 남아 있는 방식으로 잠겨 있습니다. 한 생물체 전체를 복제하는 열쇠는 후성적 상태를 지우고, 모든 세포 종을 생산하는 잠재력을 가지고 있는 수정란의 상태로 되돌릴 수 있는 능력입니다. 체세포 핵이 수용체 난모세포로 주입되면, DNA의 후성적 상태가 재프로그램 될 수 있거나, 적어도 부분적으로 재프로그램이 가능합니다. 분자적 기억이 지워지면, 세포는 진짜 접합자처럼 행동하기 시작합니다. 이러한 성질은 전분화능 줄기세포를 유도하거나 배반포를 대리모에 주입하여 성장 및 발생이 일어나도록 하는 데 사용될 수 있습니다. 

 

배아줄기세포를 사용하는 것에 대해 전 세계적으로 논쟁이 일어나고 있습니다. 쟁점은 윤리적인 것과 생명의 정의에 대한 것입니다. 배아줄기세포는 낙태시킨 태아, 탯줄, 시험관 수정 병원에서 나온 배아 등과 같이 여러 출처에서 나온 것입니다. 복제된 인간 배아세포에 대한 보고서로 인해 논쟁이 가열되었습니다. 

-출처- Biochemistry 라이프사이언스 생화학 편 발췌