난모세포는 거의 모든 암컷 포유류에서 출생 전에 발달하는 미성숙 난자입니다. 미래 세대는 이 유한한 비축분이 수년 동안 손상 없이 생존하는 데 달려 있습니다. 생쥐에서는 이 기간이 18개월까지, 사람에서는 출생부터 폐경까지의 평균 기간인 거의 반세기까지 이어질 수 있습니다. 이 세포들이 어떻게 그렇게 오래 생존하는지는 오랫동안 밝혀지지 않았습니다.
바르셀로나의 유전체 조절 센터(CRG) 연구진은 다른 세포 유형이라면 기능을 멈추게 할 마모와 손상에도 불구하고 난모세포가 수십 년 동안 온전하게 유지되는 방식을 설명하는 새로운 메커니즘을 발견했습니다. 오늘 Cell에 발표된 이 결과는 원인 불명 난임 연구의 새로운 영역을 열었습니다.
연구진은 잘못 접히거나 손상된 단백질이 뭉친 단백질 응집체를 조사했습니다. 통제되지 않으면 이러한 유해 물질이 세포질에 축적되어 매우 강한 독성을 띱니다. 단백질 응집체는 뉴런에 쌓이며 여러 신경퇴행성 질환과 관련된 것으로 알려져 있습니다. 세포는 보통 특수 효소로 이를 분해해 처리합니다. 또한 두 개의 새로운 세포로 분열하면서 한 세포에 응집체를 집중시키고 다른 세포를 보호할 수도 있습니다.
난모세포는 다릅니다. 수명이 길기 때문에 세포 분열을 통해 독성 물질을 분산시킬 수 없습니다. 단백질 응집체를 계속 분해하는 것은 상당한 에너지가 필요해 실현 가능하지 않습니다. 난모세포는 정자와 결합한 뒤 세포질 전체를 배아에 제공해야 하므로 대사 활동을 줄이는 경향도 있습니다. 이는 모체 DNA를 손상시키고 향후 생식 성공에 영향을 줄 수 있는 부산물을 피하지만, 난모세포를 잘못 접히거나 손상된 단백질에 특히 취약하게 만듭니다.
CRG 난모세포 생물학 및 세포 휴면 연구 그룹 책임자인 엘반 뵈케 박사는 다음과 같이 설명했습니다. "뉴런의 단백질 응집에 관한 논문은 수천 편에 이르지만, 포유류 난모세포가 이러한 문제를 어떻게 처리하는지에 대한 연구는 거의 없습니다. 난모세포 역시 장수하고 분열하지 않는다는 같은 문제에 직면하는데도 말입니다."
뵈케 박사는 이어 "우리는 난모세포가 잘못 접히거나 손상된 단백질을 어떻게 처리하는지 알아보고자 했습니다."라고 덧붙였습니다.
순찰하는 "청소팀"
가브리엘레 차파니니 박사가 이끄는 뵈케 박사 연구팀은 성체 생쥐에서 수천 개의 미성숙 난모세포, 성숙 난자, 초기 배아를 수집했습니다. 특수 염색약과 살아 있는 세포 이미징을 사용해 단백질 응집체를 실시간으로 관찰했습니다. 또한 전자현미경으로 세포 내부의 나노미터 규모 세부 구조를 조사했습니다. 연구에는 오 년 반이 걸렸습니다.
연구진은 난모세포에서 특수 구조를 발견하고 이를 엔도리소좀 소포 조립체(ELVA)라고 명명했습니다. 난모세포 하나당 약 50개가 세포질을 이동하며 단백질 응집체를 포획하고 가둬 무해한 상태로 유지합니다. 연구진은 ELVA를 여러 세포 구성 요소가 하나의 단위로 작동하는 네트워크이기 때문에 "초소기관"이라고 설명합니다.
이 연구는 난모세포가 성숙해 배란과 수정이 가능한 성숙 난자가 되는 과정에서 중요한 시점을 확인했습니다. ELVA는 세포 표면으로 이동해 단백질 응집체를 분해하고 세포질을 효과적으로 정밀 청소했습니다. 이는 난모세포가 단백질 응집체를 제거하는 독특한 전략을 처음으로 관찰한 사례입니다.
가브리엘레 차파니니 박사는 "난모세포는 수정 시 세포질 전체를 배아에 제공해야 하므로 폐기물이 축적되어 기능에 치명적인 위험을 초래하도록 내버려 둘 수 없습니다. ELVA는 정교한 폐기물 처리 네트워크 또는 청소팀처럼 세포질을 순찰하며 응집체가 자유롭게 떠다니지 않도록 합니다. 난모세포가 한꺼번에 모두 처리할 준비가 될 때까지 응집체를 가둡니다. 효과적이고 에너지 효율적인 전략입니다."라고 설명했습니다.
단백질 응집체가 난임을 유발할 가능성
나이가 들수록 가임력이 감소하며, 난모세포의 질 저하는 여성 난임의 주요 원인입니다. 출산 연령이 늦어지는 현상 등의 영향으로 전 세계 난임률도 증가하고 있습니다. 난모세포가 건강을 유지하는 방식과 이러한 전략이 나이가 들면서 실패하는 이유를 이해하는 것은 원인 불명 난임을 파악하고 새로운 치료법을 개발하는 데 필수적입니다.
연구 결과는 단백질 응집체가 난자와 배아의 질을 저해할 수 있음을 시사합니다. 난모세포 성숙 중 ELVA의 단백질 응집체 분해를 실험적으로 차단하자 결함이 있는 난자가 생성되었습니다. 연구진이 개입해 배아가 응집된 단백질을 물려받도록 "강제"했을 때, 3/5 (60%)가 초기 발달을 완료하지 못했습니다.
뵈케 박사는 다음과 같이 결론지었습니다. "역사적으로 많은 연구는 난모세포의 질 저하 중 감수분열과 이수성이라는 한 가지 작은 측면에 집중했습니다. 그러나 최근 11,000회의 배아 이식을 검토한 연구에서는 연령에 따른 여성 가임력 저하를 주로 설명하는 다른 미지의 요인들이 밝혀졌습니다. 난모세포의 단백질 분해와 그 조절이 배아 건강의 연령 관련 저하를 설명할 수 있는지 탐구하는 흥미로운 방향을 제시하는 연구입니다."
뉴런은 단백질 응집체를 관리해야 하는 또 다른 장수 비분열 세포 유형입니다. 이러한 유해 물질의 축적은 알츠하이머병을 비롯한 여러 신경퇴행성 질환과 관련이 있습니다. ELVA와 유사한 구조가 뉴런이나 다른 세포 유형에도 존재할까요? 이 연구는 생식 분야를 넘어선 연구의 길을 열었습니다.
뉴스 | 난모세포의 장수 뒤에 숨은 새로운 메커니즘을 밝힌 연구
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난모세포는 거의 모든 암컷 포유류에서 출생 전에 발달하는 미성숙 난자입니다. 미래 세대는 이 유한한 비축분이 수년 동안 손상 없이 생존하는 데 달려 있습니다. 생쥐에서는 이 기간이 18개월까지, 사람에서는 출생부터 폐경까지의 평균 기간인 거의 반세기까지 이어질 수 있습니다. 이 세포들이 어떻게 그렇게 오래 생존하는지는 오랫동안 밝혀지지 않았습니다.
바르셀로나의 유전체 조절 센터(CRG) 연구진은 다른 세포 유형이라면 기능을 멈추게 할 마모와 손상에도 불구하고 난모세포가 수십 년 동안 온전하게 유지되는 방식을 설명하는 새로운 메커니즘을 발견했습니다. 오늘 Cell에 발표된 이 결과는 원인 불명 난임 연구의 새로운 영역을 열었습니다.
연구진은 잘못 접히거나 손상된 단백질이 뭉친 단백질 응집체를 조사했습니다. 통제되지 않으면 이러한 유해 물질이 세포질에 축적되어 매우 강한 독성을 띱니다. 단백질 응집체는 뉴런에 쌓이며 여러 신경퇴행성 질환과 관련된 것으로 알려져 있습니다. 세포는 보통 특수 효소로 이를 분해해 처리합니다. 또한 두 개의 새로운 세포로 분열하면서 한 세포에 응집체를 집중시키고 다른 세포를 보호할 수도 있습니다.
난모세포는 다릅니다. 수명이 길기 때문에 세포 분열을 통해 독성 물질을 분산시킬 수 없습니다. 단백질 응집체를 계속 분해하는 것은 상당한 에너지가 필요해 실현 가능하지 않습니다. 난모세포는 정자와 결합한 뒤 세포질 전체를 배아에 제공해야 하므로 대사 활동을 줄이는 경향도 있습니다. 이는 모체 DNA를 손상시키고 향후 생식 성공에 영향을 줄 수 있는 부산물을 피하지만, 난모세포를 잘못 접히거나 손상된 단백질에 특히 취약하게 만듭니다.
CRG 난모세포 생물학 및 세포 휴면 연구 그룹 책임자인 엘반 뵈케 박사는 다음과 같이 설명했습니다. "뉴런의 단백질 응집에 관한 논문은 수천 편에 이르지만, 포유류 난모세포가 이러한 문제를 어떻게 처리하는지에 대한 연구는 거의 없습니다. 난모세포 역시 장수하고 분열하지 않는다는 같은 문제에 직면하는데도 말입니다."
뵈케 박사는 이어 "우리는 난모세포가 잘못 접히거나 손상된 단백질을 어떻게 처리하는지 알아보고자 했습니다."라고 덧붙였습니다.
순찰하는 "청소팀"
가브리엘레 차파니니 박사가 이끄는 뵈케 박사 연구팀은 성체 생쥐에서 수천 개의 미성숙 난모세포, 성숙 난자, 초기 배아를 수집했습니다. 특수 염색약과 살아 있는 세포 이미징을 사용해 단백질 응집체를 실시간으로 관찰했습니다. 또한 전자현미경으로 세포 내부의 나노미터 규모 세부 구조를 조사했습니다. 연구에는 오 년 반이 걸렸습니다.
연구진은 난모세포에서 특수 구조를 발견하고 이를 엔도리소좀 소포 조립체(ELVA)라고 명명했습니다. 난모세포 하나당 약 50개가 세포질을 이동하며 단백질 응집체를 포획하고 가둬 무해한 상태로 유지합니다. 연구진은 ELVA를 여러 세포 구성 요소가 하나의 단위로 작동하는 네트워크이기 때문에 "초소기관"이라고 설명합니다.
이 연구는 난모세포가 성숙해 배란과 수정이 가능한 성숙 난자가 되는 과정에서 중요한 시점을 확인했습니다. ELVA는 세포 표면으로 이동해 단백질 응집체를 분해하고 세포질을 효과적으로 정밀 청소했습니다. 이는 난모세포가 단백질 응집체를 제거하는 독특한 전략을 처음으로 관찰한 사례입니다.
가브리엘레 차파니니 박사는 "난모세포는 수정 시 세포질 전체를 배아에 제공해야 하므로 폐기물이 축적되어 기능에 치명적인 위험을 초래하도록 내버려 둘 수 없습니다. ELVA는 정교한 폐기물 처리 네트워크 또는 청소팀처럼 세포질을 순찰하며 응집체가 자유롭게 떠다니지 않도록 합니다. 난모세포가 한꺼번에 모두 처리할 준비가 될 때까지 응집체를 가둡니다. 효과적이고 에너지 효율적인 전략입니다."라고 설명했습니다.
단백질 응집체가 난임을 유발할 가능성
나이가 들수록 가임력이 감소하며, 난모세포의 질 저하는 여성 난임의 주요 원인입니다. 출산 연령이 늦어지는 현상 등의 영향으로 전 세계 난임률도 증가하고 있습니다. 난모세포가 건강을 유지하는 방식과 이러한 전략이 나이가 들면서 실패하는 이유를 이해하는 것은 원인 불명 난임을 파악하고 새로운 치료법을 개발하는 데 필수적입니다.
연구 결과는 단백질 응집체가 난자와 배아의 질을 저해할 수 있음을 시사합니다. 난모세포 성숙 중 ELVA의 단백질 응집체 분해를 실험적으로 차단하자 결함이 있는 난자가 생성되었습니다. 연구진이 개입해 배아가 응집된 단백질을 물려받도록 "강제"했을 때, 3/5 (60%)가 초기 발달을 완료하지 못했습니다.
뵈케 박사는 다음과 같이 결론지었습니다. "역사적으로 많은 연구는 난모세포의 질 저하 중 감수분열과 이수성이라는 한 가지 작은 측면에 집중했습니다. 그러나 최근 11,000회의 배아 이식을 검토한 연구에서는 연령에 따른 여성 가임력 저하를 주로 설명하는 다른 미지의 요인들이 밝혀졌습니다. 난모세포의 단백질 분해와 그 조절이 배아 건강의 연령 관련 저하를 설명할 수 있는지 탐구하는 흥미로운 방향을 제시하는 연구입니다."
뉴런은 단백질 응집체를 관리해야 하는 또 다른 장수 비분열 세포 유형입니다. 이러한 유해 물질의 축적은 알츠하이머병을 비롯한 여러 신경퇴행성 질환과 관련이 있습니다. ELVA와 유사한 구조가 뉴런이나 다른 세포 유형에도 존재할까요? 이 연구는 생식 분야를 넘어선 연구의 길을 열었습니다.
이야기 출처:
온라인 수집